Ah sí, la belleza loca que es la radioastronomía … Me encanta.
Esta será una publicación larga, así que comencemos.
- ¿Cómo funciona la radioastronomía?
Las ondas de radio son simplemente un tipo de luz de longitud de onda larga, pero que requiere un aparato muy diferente de lo que normalmente consideramos como luz. Es decir, su telescopio es básicamente una … antena.
- Dada una gran oferta de mano de obra y sin herramientas. ¿Cómo iniciarías una civilización similar a la Tierra en un planeta exactamente como la Tierra? ¿Cuántos años llevaría?
- ¿Crees que hay un fin para el universo? ¿Cuáles podrían ser las posibilidades?
- ¿Cuál es la masa total (equivalente) de luz que recibe la Tierra cada año del sol y otras fuentes artificiales?
- ¿Qué pasa si una estrella desbocada atraviesa el sistema solar sin tocar ningún componente de él?
- ¿Qué materiales se pueden usar para construir un asentamiento espacial?
Uno de los telescopios del Very Long Baseline Array.
La resolución que puede obtener un telescopio está limitada tanto por el diámetro de la abertura como por la longitud de onda de la luz que se observa. La longitud de onda de la radio es demasiado larga para que parezca posible una buena resolución, pero puede (sobre) compensar esto utilizando una técnica conocida como síntesis de apertura.
Cuando crea una imagen, lo que esencialmente está haciendo es muestrear la transformada de Fourier * del campo de visión (piense en esto como el patrón de difracción que obtiene cuando envía luz a través de un agujero y hacia una pantalla).
Para la luz ordinaria, puede hacerlo fácilmente con un montón de píxeles apretados, pero esta no es una opción en la radio. En su lugar, crea una matriz de antenas, y cada par de antenas (llamado “línea de base”) muestrea una porción diferente del cielo. Lo hacen mediante el uso de interferencia entre las ondas que llegan a cada antena para medir las fases … de ahí el término “interferometría” para esta técnica.
Para una línea de base única, la proyección resultante de las ondas de radio detectadas a través del cielo parece una simple sinusoide. Pero si tiene muchas líneas base diferentes de diferentes longitudes, se suman para producir el patrón de difracción de una imagen real.
Terminas obteniendo una imagen que es como si tuvieras un telescopio gigante tan grande como tu línea de base más larga.
Se puede mejorar aún más su muestreo permitiendo que la rotación de la Tierra mueva sus telescopios en relación con las estrellas distantes:
Las pistas de radiotelescopios utilizados por el EHT a medida que la Tierra gira, y la transformada de Fourier están muestreando.
La técnica particular utilizada por el Telescopio Event Horizon se llama “Interferometría de línea de base muy larga” (VLBI) porque implica el emparejamiento de telescopios en todo el mundo. Esta técnica puede obtener una resolución incluso mejor que la de un telescopio óptico … utilizando ondas de radio gruesas. ¿Qué tan asombroso es eso?
2. ¿Por qué estamos usando la radio?
Por el polvo mi amigo.
Nuestra vista de Sgr A * está completamente bloqueada por un grueso carril de polvo entre nuestro brazo espiral y el centro. Solo longitudes de onda muy largas (infrarrojas y más largas) y longitudes de onda muy cortas (rayos X y más cortas) pueden penetrar este polvo. Los rayos X y los rayos gamma son muy difíciles de enfocar debido a su tendencia a atravesar todo, mientras que los telescopios infrarrojos no pueden igualar la resolución de un interferómetro global.
3. ¿Cómo construimos la imagen?
Esencialmente, una vez que tiene su muestra de la transformada de Fourier, necesita invertir la transformación para obtener la distribución de intensidades en el cielo. Esto se hace usando un software que hace lo que se conoce como deconvolución. Básicamente, antes de que pueda invertir cualquier cosa, debe deshacerse de todas las fuentes externas de señal que se han mezclado (“enredado”) en la señal que desea.
El proceso real consume mucho tiempo en comparación con las imágenes ópticas simples, porque hay una gran cantidad de calibración que se debe hacer para obtener las fases adecuadas en todo. (Hablando por experiencia, a veces lleva meses obtener imágenes reales …)
Básicamente, no te emociones demasiado cuando la gente de EHT termine de tomar sus datos. ¡Pasará un tiempo antes de que realmente saquen algo de eso!
* Una transformación de Fourier es una forma matemática de convertir una señal basada en el tiempo en un conjunto de frecuencias. En este caso, estamos intentando convertir los retrasos entre las señales de radio en un conjunto de frecuencias angulares en el cielo.
Créditos de imagen:
- Galería de imágenes de NRAO.
- Fig. 3.42 del Curso Esencial de Radioastronomía de NRAO
- Fig.2 de Ricarte, A. y Dexter, J. 2015, MNRAS, 446, 1973.
