A finales de la década de 2010, las primeras imágenes de agujeros negros captaron la atención del mundo. En 2019, los astrónomos lograron visualizar el horizonte de eventos del agujero negro supermasivo en la galaxia M87, situado a 55 millones de años luz. Era un logro histórico, pero para muchos expertos también marcó un límite frustrante. A pesar de las tecnologías avanzadas como el Telescopio del Horizonte de Sucesos, las imágenes eran limitadas, dejando fuera detalles cruciales. El físico Sascha Trippe y su equipo han dado un paso adelante con una solución innovadora: un sistema llamado Capella, una constelación de satélites capaces de observar agujeros negros con mayor precisión que nunca.
En un reciente trabajo, Trippe describe cómo Capella podría revolucionar la astronomía. A través de cuatro pequeños satélites en órbita terrestre baja, este sistema aprovecha la técnica de interferometría de muy larga base (VLBI, por sus siglas en inglés) para obtener imágenes detalladas. Según Trippe, esta propuesta no solo superaría las limitaciones terrestres, sino que también podría abrir una nueva ventana al estudio de procesos astrofísicos fundamentales.
Limitaciones actuales de los telescopios terrestres
Desde la Tierra, los telescopios s enfrentan a varios obstáculos. El Telescopio del Horizonte de Sucesos, por ejemplo, utiliza una red global de radiotelescopios que funcionan como si fueran un único instrumento gigantesco. Aunque logra resoluciones impresionantes, su capacidad está limitada por la distribución geográfica de las antenas y la atmósfera terrestre, que absorbe frecuencias de radio altas por el contenido de vapor de agua.
El resultado es que los telescopios terrestres dejan muchos vacíos en las imágenes que producen. Estas limitaciones hacen que detalles importantes, especialmente estructuras de menor tamaño o emisiones extendidas, no puedan capturarse por completo. Esto afecta incluso a los mejores logros del EHT, como la imagen de 2019 del agujero negro M87*, que no logró representar su poderoso jet relativista con precisión.
Capella evita estos límites colocando sus radiotelescopios directamente en el espacio. Los satélites no solo tendrían una vista despejada del cosmos, sino que también podrían trabajar juntos para cubrir todo el plano de visibilidad, superando la “sparseness” de las observaciones terrestres.
¿Qué es la “sparseness” y por qué importa?
La “sparseness” describe los vacíos en la información capturada por redes de radiotelescopios debido a la dispersión o insuficiencia de puntos en el plano uv. Esto sucede porque los telescopios terrestres están limitados por sus ubicaciones fijas y el tiempo de observación. Como resultado, las imágenes generadas requieren reconstrucciones computacionales que pueden perder detalles importantes. Capella aborda este problema al colocar telescopios en órbita, mejorando significativamente la cobertura del plano uv y, con ello, la calidad de las observaciones.
La visión detrás de Capella
El diseño de Capella propone una constelación de cuatro satélites, cada uno equipado con un pequeño radiotelescopio. Estos satélites orbitarían entre 450 y 600 kilómetros sobre la superficie terrestre, con configuraciones específicas que maximicen la calidad de las imágenes obtenidas.
El objetivo principal del sistema es alcanzar una resolución angular de aproximadamente 7 microsegundos de arco, mucho más precisa que la del EHT, que se sitúa en 25 μas. Esto permitiría a los científicos observar detalles nunca antes vistos alrededor de los horizontes de eventos de agujeros negros y sus regiones adyacentes. El diseño prevé el uso de frecuencias de 690 GHz, imposibles de observar desde la Tierra debido a la atmósfera.
Impacto científico esperado
Con Capella, los astrónomos podrían explorar varios fenómenos astrofísicos. Entre las áreas de mayor interés destacan:
- Los anillos de fotones: Estas estructuras, formadas por la curvatura extrema de la luz debido a la gravedad de los agujeros negros, podrían observarse con mayor claridad. El sistema permitiría identificar desviaciones en su geometría que podrían probar teorías de gravedad alternativas.
- Jets relativistas: Estos chorros de plasma, lanzados desde los alrededores de agujeros negros supermasivos, son fundamentales para entender cómo interactúan con sus galaxias anfitrionas. Las imágenes actuales no han logrado capturar con precisión sus puntos de origen.
- Estudios de gas molecular: A través de líneas de absorción molecular, como la del CO(6-5), sería posible mapear con detalle los flujos de entrada y salida de gas alrededor de agujeros negros.
La capacidad de Capella para generar mapas tridimensionales precisos de estos procesos podría transformar nuestra comprensión de la astrofísica de alta energía y el papel de los agujeros negros en la evolución galáctica.
Viabilidad y costes del proyecto
El proyecto Capella no solo es ambicioso, sino también viable. Gracias a los avances tecnológicos, los satélites pueden construirse de forma compacta y económica. Cada satélite tendría una masa aproximada de 500 kg, con un costo estimado total de 500 millones de dólares, una cifra relativamente baja para proyectos espaciales de esta magnitud.
Hay que añadir que Corea del Sur, a través de su recién formada Administración Aeroespacial, ha mostrado interés en financiar este proyecto. Si se aprueba, podríamos ver los primeros lanzamientos en la próxima década, con resultados científicos potenciales para los años 2030.
Referencias
- Trippe, S., et al. (2024). CAPELLA: A Space-only High-frequency Radio VLBI Network Formed by a Constellation of Small Satellites. (pre-print) arXiv. DOI: 10.48550/arXiv.2304.06482v5
Cortesía de Muy Interesante
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