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

La teoría de la relatividad general (RG), propuesta por Einstein hace más de un siglo, sigue siendo uno de los postulados científicos más conocidos de todos los tiempos. Esta teoría, que explica cómo se altera 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 han montado varias campañas de observación para probar GR utilizando 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, que llegaron solo dos años después del lanzamiento de las primeras imágenes de un SMBH (M87 ). En 2014, los miembros europeos del EHT lanzaron otra iniciativa conocida como BlackHoleCam para obtener una mejor comprensión de las 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 investigadores 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 de la Universidad de Radboud (IMAPP) 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 el servidor de preimpresión arXiv.

Como indican en su artículo, los astrónomos han observado sistemas binarios de estrellas de neutrones durante más de cuarenta años. En estos sistemas, donde una o ambas estrellas son púlsares de radio activos, han sido posibles pruebas de precisión de la gravitación. De manera similar, un púlsar en una órbita cercana alrededor de Sgr A* sería el laboratorio ideal para probar las predicciones hechas por GR y las propiedades que de otro modo no se pueden medir. Esto incluye el teorema sin cabello, que establece que la materia que formó un agujero negro es inaccesible, y la conjetura de censura cósmica (CCC), que teoriza sobre la estructura de las singularidades en GR.

En las últimas décadas, se han realizado varios buscadores de púlsares ubicados dentro de unos 240 años luz (∼73 parsecs) del centro galáctico (GC). En 2013, la población de púlsares en esta área se elevó a un total de seis con 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 Neil Gehreles Swift y NuSTAR para detectar sus emisiones de rayos gamma, mientras que dos equipos más (uno dirigido por Eatough) lo estudiaron usando radiotelescopios. Las mejoras recientes en los radiotelescopios y el análisis de datos han encontrado áreas adicionales para las búsquedas de púlsares de GC.

Una técnica consiste en buscar púlsares en frecuencias “más altas de lo normal” (más de diez gigahercios (GHz)) y en longitudes de integración más largas. Esto reduce los efectos de la dispersión y dispersión interestelar, que son más altos para los objetos dentro de GC. Desafortunadamente, este enfoque conlleva una compensación, ya que estas búsquedas están limitadas por el pronunciado espectro de emisiones de los púlsares, lo que lleva a una mayor relación señal-ruido. Esto puede hacer que las encuestas de púlsares binarios en GC sean muy desafiantes, restringiendo las búsquedas a púlsares aislados con espectros más planos.

Afortunadamente, el equipo de BlackHoleCam y los miembros del Consorcio EHT pretenden abordar estas limitaciones mediante el uso de los telescopios más grandes y sensibles del mundo (que operan en longitudes de onda milimétricas). Esto incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Caltech Submillimeter Observatory (CSO), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el radiotelescopio de 30 m del Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), y otros instrumentos que forman la columna vertebral del EHT.

En este sentido, la misma tecnología utilizada para tomar la primera imagen de Sgr A* se utilizará para detectar púlsares binarios que lo orbitan. También se reducirá a la misma metodología: interferometría de línea de base muy larga (VLBI). Esto 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 elemento más sensible del EHT: el ALMA “en fase completa”.

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

Como siempre, los avances en astronomía crean nuevas oportunidades de estudio 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 las puertas para 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 una nueva perspectiva de las leyes que rigen el universo.

Con información de arXiv