Como funciona un interferometro?

Por la Dra. Mariela A. Corti

Últimamente se esta oyendo cada vez con más frecuencia la palabra interferometría. 

Algunas de las antenas de ALMA - Chile.

Es una técnica de observación que se emplea en astronomía desde hace varias décadas. Se emplean varios telescopios separados una cierta distancia, según cuál sea la dimensión de ésta, será la definición (resolución) de la imagen obtenida.

Por ejemplo, si se tiene sólo un telescopio de 10 metros de diámetro, se logrará una resolución acorde a ese diámetro (en teoría al menos, ya que en la superficie de la Tierra se depende de la turbulencia atmosferica !). 

Si se obtiene una imagen interferométrica empleando por ejemplo dos telescopios de 10 metros de diámetro separados por una distancia de 100 metros, se podrá lograr una resolución de un telescopio de 100 metros de diámetro!.

Es por eso que se usan muchos radiotelescopios como los involucrados en el proyecto Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA, Chile) los cuales pueden estar funcionando al mismo tiempo.

Actualmente, el Event Horizon Telescope (EHT), hizo la primera imagen de un agujero negro, empleando para ello exactamente la técnica de interferometría, logrando de ese modo la definición de un telescopio del tamaño de la Tierra.

Ahora bien... cómo funciona exactamente la interferometría?

Por supuesto para entender en detalle su funcionamiento se debe profundizar en los conceptos de física-óptica y cuestiones matemáticas que están mucho más allá del alcance de este post.

En un  artículo de Katie Bouman que trabaja en el EHT, encuentra un modo de explicar el funcionamiento del algoritmo para generar la imagen, comparando con la música.

Su explicación:

“Observar un agujero negro con el Event Horizon Telescope (EHT) es un poco como escuchar una canción que se toca en un piano que tiene muchas teclas rotas. Si tuviéramos telescopios ubicados en todas partes del globo, podríamos escuchar todas las notas posibles y, por lo tanto, escuchar una interpretación perfecta de la canción.

Sin embargo, como el EHT solo tiene telescopios en algunos lugares, debemos reconocer la canción que se está reproduciendo con solo unas pocas notas. 

Aunque escuchar una canción reproducida de esta manera definitivamente no es perfecta, muchas veces todavía hay suficiente información para seguirla.

Para que esto quede un poco más claro, escucha la canción en este video (usa audífonos para una mejor experiencia). En el video, tocamos una canción como si estuviéramos aumentando el número de telescopios en el EHT, esencialmente reparando las teclas rotas del piano. Al principio, sólo escucharás una nota de esta canción y, a medida que avance, escucharás más y más notas hasta que, finalmente, podrás distinguir una canción (con suerte, familiar).

Las notas correspondientes a los tonos que estamos tocando actualmente en el teclado del piano se iluminarán para que puedas ver lo que estás escuchando.

Cerca del final, incluso antes de que todas las notas sonaran, es posible que hayas podido comenzar a reconocer la canción - Ice Ice Baby de Vanilla Ice - e incluso si no conoces la canción, probablemente todavía estabas empezando a entender la esencia de eso.

Aunque cerca del final todavía había muchos espacios en blanco en las notas que se tocaban, es bastante sorprendente que tu cerebro pueda llenar los agujeros y puedas comenzar a descifrar la canción. Lo que su cerebro estaba haciendo aquí es muy similar a lo que hacen los algoritmos de imágenes que desarrollamos para el EHT. Utilizando los escasos datos que recopilamos de los telescopios, nuestros algoritmos llenan los espacios que faltan con la imagen de aspecto más natural.

Pero hay un punto sobre el que quiero llamar tu atención: siempre hay cierta ambigüedad en cuál es la verdadera imagen. Por ejemplo, incluso si se están reproduciendo muchas notas, siempre que falten algunas notas, no tiene que ser Ice Ice Baby de Vanilla Ice. Cuantas más notas faltan, más ambigüedad hay. De hecho, tal vez cerca del principio hayas pensado que la canción era Under Pressure de Queen y David Bowie en lugar de Ice Ice Baby.

Si esas fueran las únicas notas que escuchamos, estaríamos en problemas, ya que hay varias canciones que se ajustan bastante bien a las notas que escuchamos. Sin embargo, a medida que aumentamos el número de notas (medidas), esta ambigüedad finalmente desaparece.

Demostración inspirada en Michael Johnson”.