Los púlsares pueden ayudar a mapear el agujero negro en el centro de la Vía Láctea

Estas imágenes anotadas, obtenidas por el instrumento GRAVITY en el Interferómetro del Telescopio Muy Grande (VLTI) de ESO entre marzo y julio de 2021, muestran estrellas que orbitan muy cerca de Sgr A*. Fuente: ESO

La teoría general de la relatividad (RG), propuesta por Einstein hace más de un siglo, sigue siendo uno de los postulados científicos más famosos de todos los tiempos. Esta teoría, que explica cómo cambia la curvatura del espacio-tiempo en presencia de objetos masivos, sigue siendo la piedra angular de nuestros modelos cosmológicos más ampliamente aceptados. Esto no debería sorprender, ya que GR se ha verificado de nueve maneras desde el domingo y en las condiciones más extremas imaginables. En particular, los científicos organizaron varias campañas de observación para probar GR usando Sagittarius A* (Sgr A*), el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea.

El año pasado, el Event Horizon Telescope (EHT), un consorcio internacional de astrónomos y observatorios, anunció que había tomado las primeras imágenes de Sag A*, solo dos años después de que se publicaran las primeras imágenes de SMBH (M87). En 2014, los miembros europeos del EHT lanzaron otra iniciativa conocida como BlackHoleCam para comprender mejor el SMBH mediante una combinación de imágenes de radio, observaciones de púlsares, astrometría y GR. En un artículo reciente, la iniciativa BHC describió cómo probaron GR al observar púlsares que orbitan Sgr A*.

El consorcio BlackHoleCam está formado por científicos del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIFR), el Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM), el Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica (KIAA), el Centro de Astrofísica Jodrell Bank de la Universidad de Manchester (JBCA). ), el Instituto de Matemáticas, Astrofísica y Física de Partículas (IMAPP) de la Universidad de Radboud y el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Goethe. El estudio, dirigido por el investigador postdoctoral Ralph P. Eatough del MPIFR, está disponible en arXiv servidor de preimpresión.

Como señalan en su artículo, los astrónomos han estado observando binarias de estrellas de neutrones durante más de cuarenta años. En aquellos sistemas en los que una o ambas estrellas son púlsares de radio activos, han sido posibles pruebas precisas de la gravedad. De manera similar, un púlsar en órbita cercana alrededor de Sgr A* sería un laboratorio ideal para probar las predicciones y propiedades de GR que no se pueden medir de otra manera. Esto incluye el teorema sin pelo, que establece que la materia que formó el agujero negro es inaccesible, y la hipótesis de la censura cósmica (CCC), que teoriza la estructura de singularidades en GR.

Durante las últimas décadas, se han realizado varias búsquedas de púlsares ubicados aproximadamente a 240 años luz (~73 parsecs) del Centro Galáctico (GC). En 2013, la población de púlsares en el área aumentó a seis gracias a la detección de PSR J1745–2900 (un magnetar emisor de radio) en múltiples longitudes de onda. Los primeros equipos en hacerlo confiaron en los observatorios Swift y NuSTAR de Neil Gehreles para detectar la emisión de rayos gamma, mientras que dos equipos más (uno dirigido por Eatough) la estudiaron con radiotelescopios. Las mejoras recientes en los radiotelescopios y el análisis de datos han revelado vías adicionales para la búsqueda de púlsares GC.

Una técnica consiste en buscar púlsares a frecuencias “más altas de lo normal”, más de diez gigahercios (GHz), y con longitudes integrales más largas. Esto reduce los efectos de la dispersión y la dispersión interestelar, que son mayores para los objetos en el GC. Desafortunadamente, este enfoque conlleva una compensación porque esta búsqueda está restringida por el pronunciado espectro de emisión de los púlsares, lo que lleva a una mayor relación señal-ruido. Esto puede dificultar mucho los estudios de púlsares binarios de GC, lo que limita la búsqueda a púlsares aislados con un espectro más plano.

Afortunadamente, el equipo de BlackHoleCam y los miembros del consorcio EHT pretenden superar estas limitaciones con los telescopios (de ondas milimétricas) más grandes y sensibles del mundo. Esto incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Caltech Submillimeter Observatory (CSO), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM) radiotelescopio de 30 metros y otros instrumentos que forman la base de EHT.

En este sentido, la misma tecnología que se utilizó para capturar la primera imagen de Sgr A* se utilizará para detectar los púlsares binarios que lo orbitan. También se reducirá a la misma metodología: interferometría de línea de base muy larga (VLBI). Consiste en múltiples radiotelescopios que trabajan juntos y combinan datos para crear imágenes de mayor resolución. Hasta ahora, la mayoría de las búsquedas de púlsares se han basado en el componente más sensible del EHT: el ALMA “en fase completa”.

Pero Eatough y su equipo escribieron que esto cambiará con BlackHoleCam, “ya que tanto las imágenes de EHT VLBI como las observaciones de púlsares pueden usar el mismo producto de datos sin procesar de cada elemento del conjunto, las observaciones de EHT VLBI y los púlsares pueden ser comensales… En el futuro, puede imaginar usar una matriz en fase de los componentes EHT más grandes para aumentar aún más la sensibilidad o mitigar la contaminación de interferencia específica del sitio.

Como siempre, los avances en astronomía crean nuevas oportunidades de investigación que van más allá de la misión original. Originalmente diseñado para obtener imágenes de los horizontes de eventos de los agujeros negros supermasivos (SMBH) en los centros de las galaxias, el EHT ha abierto la puerta a la investigación de interferometría de próxima generación. En los próximos años, la sensibilidad sin precedentes que ofrecen estas matrices podría poner a prueba las leyes de la física en las condiciones más extremas, proporcionando nuevos conocimientos sobre las leyes que gobiernan el universo.

Presentado por Universe Today

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