Cuando los astrónomos hablan de un telescopio óptico, a menudo mencionan el tamaño de su espejo. Esto se debe a que cuanto más grande sea tu espejo, más nítida puede ser tu vista de los cielos. Se conoce como poder de resolución, y se debe a una propiedad de la luz conocida como difracción. Cuando la luz pasa a través de una abertura, como la abertura del telescopio, tenderá a extenderse o difractarse. Cuanto más pequeña es la apertura, más se extiende la luz, lo que hace que su imagen sea más borrosa. Es por eso que los telescopios más grandes pueden capturar una imagen más nítida que las más pequeñas.
La difracción no solo depende del tamaño de su telescopio, sino que también depende de la longitud de onda de la luz que observe. Cuanto más larga es la longitud de onda, más difracta la luz para un tamaño de abertura dado. La longitud de onda de la luz visible es muy pequeña, de menos de una millonésima parte de un metro de longitud. Pero la luz de radio tiene una longitud de onda que es mil veces más larga. Si desea capturar imágenes tan nítidas como las de los telescopios ópticos, necesita un radiotelescopio que sea mil veces más grande que uno óptico. Afortunadamente, podemos construir radiotelescopios de este tamaño gracias a una técnica conocida como interferometría.
Para construir un radiotelescopio de alta resolución, no puede simplemente construir una gran antena de radio. Necesitarías un plato de más de 10 kilómetros de diámetro. Incluso el plato de radio más grande, el telescopio FAST de China, tiene solo 500 metros de ancho. Entonces, en lugar de construir un solo plato grande, construyes docenas o cientos de platos más pequeños que pueden trabajar juntos. Es un poco como usar solo partes de un gran espejo grande en lugar de todo. Si hicieras esto con un telescopio óptico, tu imagen no sería tan brillante, pero sería casi tan nítida.
Pero no es tan simple como construir muchos pequeños platos de antena. Con un solo telescopio, la luz de un objeto distante ingresa al telescopio y es enfocada por el espejo o lente a un detector. La luz que dejó el objeto al mismo tiempo llega al detector al mismo tiempo, por lo que su imagen está sincronizada. Cuando tiene una serie de antenas de radio, cada una con su propio detector, la luz de su objeto llegará a algunos detectores de antena antes que otros. Si solo combinara todos sus datos, tendría una confusión. Aquí es donde entra la interferometría.
Cada antena en su matriz observa el mismo objeto, y al hacerlo, marcan el tiempo de la observación con mucha precisión. De esta manera, tiene docenas o cientos de flujos de datos, cada uno con marcas de tiempo únicas. Desde las marcas de tiempo, puede volver a sincronizar todos los datos. Si sabe que el plato B obtiene un solo 2 microsegundos después del plato A, sabe que la señal B debe desplazarse hacia adelante 2 microsegundos para estar sincronizada.
Las matemáticas para esto se vuelven realmente complicadas. Para que la interferometría funcione, debe conocer la diferencia horaria entre cada par de antenas. Para 5 platos que son 15 pares. Pero el VLA tiene 27 platos activos o 351 pares. ALMA tiene 66 platos, lo que hace 2,145 pares. No solo eso, a medida que la Tierra gira, la dirección de su objeto cambia con respecto a las antenas, lo que significa que el tiempo entre las señales cambia a medida que realiza observaciones. Debe realizar un seguimiento de todo para correlacionar las señales. Esto se hace con una supercomputadora especializada conocida como correlacionador. Está específicamente diseñado para hacer este cálculo. Es el correlacionador que permite que docenas de antenas actúen como un solo telescopio.
Ha llevado décadas perfeccionar y mejorar la radio interferometría, pero se ha convertido en una herramienta común para la radioastronomía. Desde la inauguración del VLA en 1980 hasta la primera luz de ALMA en 2013, la interferometría nos ha proporcionado imágenes extraordinariamente de alta resolución. La técnica ahora es tan poderosa que puede usarse para conectar telescopios en todo el mundo.
En 2009, los observatorios de radio de todo el mundo acordaron trabajar juntos en un ambicioso proyecto. Usaron interferometría para combinar sus telescopios para crear un telescopio virtual tan grande como un planeta. Es conocido como el Telescopio Event Horizon, y en 2019 nos dio nuestra primera imagen de un agujero negro.
Con el trabajo en equipo y la interferometría, ahora podemos estudiar uno de los objetos más misteriosos y extremos del universo.
