Astrónomos producen los primeros mapas del universo a radiofrecuencias bajas

Un equipo internacional de investigadores liderado por astrónomos de la Universidad de Leiden, en Países Bajos, ha logrado una hazaña antes considerada imposible: obtener las primeras imágenes detalladas del universo a radiofrecuencias bajas (entre 16 y 30 megahercios). Esto se ha conseguido gracias a una novedosa técnica de calibración que corrige la interferencia turbulenta causada por la ionosfera terrestre.

A la izquierda se muestra una imagen de una porción del cielo observada con la hasta ahora mejor técnica de calibración. A la derecha se muestra la misma porción del cielo con la nueva técnica. Se observa más detalle, y lo que antes eran grandes manchas borrosas ahora aparecen como puntos individuales. Crédito: LOFAR/Groeneveld et al.

«Es como ponerse gafas por primera vez y dejar de ver borroso», comentó el Dr. Christian Groeneveld, autor principal de la investigación publicada en la revista Nature Astronomy.

Observar el universo a través de «ojos» de radio presenta desafíos interesantes incluso en las mejores condiciones.

Las radiofrecuencias, que se encuentran en el extremo más bajo del espectro electromagnético, poseen las ondas más largas, capaces de atravesar la atmósfera terrestre. Sin embargo, como las señales suelen ser débiles y las longitudes de onda muy extensas, se requieren antenas de gran tamaño para su detección. Por esta razón, enviar radiotelescopios al espacio no resulta una opción rentable para estudiar el cielo en radiofrecuencias, y la mayoría de ellos se han construido y operado en la superficie terrestre.

A pesar de esto, en el rango de frecuencias decamétricas (por debajo de 30 megahercios), la ionosfera dispersa las ondas de manera tan efectiva que llegan altamente distorsionadas.

La cantidad variable de electrones en la ionosfera provoca retrasos de fase desiguales en el frente de onda de baja frecuencia. Además, la interacción entre electrones y campos magnéticos en la ionosfera puede rotar las ondas de radio, dando como resultado imágenes borrosas y desenfocadas.

Este ha sido un problema crónico en la radioastronomía. No obstante, en 2004, los astrónomos predijeron la posibilidad de lograr una resolución mucho mayor con proyectos como LOFAR, un conjunto de radiotelescopios en construcción en ese momento.

La nueva técnica

LOFAR se ha convertido en el radiotelescopio más grande del mundo, observando el universo a las frecuencias más bajas accesibles desde la Tierra. Pero la ionosfera sigue siendo un obstáculo. Por ello, Groeneveld y su equipo buscaron un método para corregir su interferencia.

Su estrategia de calibración funciona de manera similar a la óptica adaptativa, que utiliza una estrella guía para ayudar a los telescopios ópticos a corregir los efectos de la distorsión atmosférica. Los investigadores utilizaron las fuentes de radio como objetivos de calibración, logrando una sensibilidad y resolución diez veces mayor a las observaciones previas en el rango decamétrico.

Vista aérea de las antenas del radiotelescopio LOFAR.

La técnica no es perfecta. En la nueva imagen se observan líneas que irradian alrededor de las fuentes de radio, pues la ionosfera hace que la fuente parezca moverse. La calibración ha localizado la fuente con mayor precisión, pero aún quedan algunos artefactos de la influencia ionosférica. Esto se podrá refinar en futuros trabajos.

Aún así, el esfuerzo del equipo ha demostrado un nivel de precisión que revela detalles nunca antes observados. La emisión de radio de alta y baja frecuencia se crea por diferentes procesos y objetos. El estudio de cúmulos de galaxias previamente observados solo en radiofrecuencias altas reveló que la emisión no es uniforme, sino que presenta un patrón irregular.

Crédito: LOFAR/Groeneveld et al.

Los estallidos de agujeros negros muy distantes también producen ondas de radio de baja frecuencia. Por lo tanto, la nueva técnica brinda a los astrónomos una herramienta mucho mejor para comprender la acreción de materia en agujeros negros del universo temprano.

Por ahora, se ha comprobado el funcionamiento de la técnica. Los investigadores están trabajando arduamente en procesar más datos, con la esperanza de mapear eventualmente todo el cielo norte a frecuencias decametricas. Y, como señala Groeneveld, «por supuesto, existe la posibilidad de que descubramos algo inesperado y anteriormente oculto en el camino».

Fuente: Astronomie.nl/SciAl. Edición: MP.