Una nuova potente schiera di radiotelescopi è stata dispiegata per la prima volta questa settimana, poiché l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile si unisce a una rete globale di antenne pronte a realizzare alcune delle immagini a più alta risoluzione che gli astronomi abbiano mai ottenuto. Il livello di dettaglio migliorato equivale a poter contare i punti su una palla da baseball da 8, 000 miglia di distanza.

Gli scienziati del MIT e di altre istituzioni stanno usando un metodo chiamato VLBI (Very Long Baseline Interferometry) per collegare un gruppo di radiotelescopi sparsi in tutto il mondo in ciò che è, in effetti, un telescopio delle dimensioni del nostro pianeta. Sebbene la tecnica di VLBI non sia nuova, gli scienziati hanno appena iniziato a estenderlo a lunghezze d'onda millimetriche per ottenere un ulteriore aumento del potere di risoluzione. E adesso, l'aggiunta di ALMA agli array VLBI globali sta fornendo un salto senza precedenti nelle capacità VLBI.

L'inclusione di ALMA è stata recentemente resa possibile attraverso l'ALMA Phasing Project (APP), uno sforzo internazionale guidato dal MIT Haystack Observatory di Westford, Massachusetts, e investigatore principale Sheperd Doeleman, ora presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Prima di questo progetto, i piatti ALMA hanno lavorato tra loro per effettuare osservazioni come un unico array; Ora, l'APP ha raggiunto la sincronizzazione, o "fasatura, " fino a 61 antenne ALMA per funzionare come una singola, antenna radio altamente sensibile:il maggior numero di antenne mai messe insieme. Per realizzare questo, il team APP ha sviluppato software personalizzato e installato diversi nuovi componenti hardware presso ALMA, compreso un maser a idrogeno (un tipo di orologio atomico ultrapreciso), un set di riformattatori di dati ad altissima velocità, e un sistema in fibra ottica per il trasporto di un flusso di dati di 8 gigabyte al secondo a quattro registratori di dati ultraveloci (il Mark6 progettato da Haystack). Il culmine di questi sforzi è un aumento dell'ordine di grandezza della sensibilità delle reti VLBI millimetriche del mondo, e un notevole aumento della loro capacità di creare immagini dettagliate di sorgenti che in precedenza apparivano come semplici punti di luce.

"Molte persone hanno lavorato duramente negli ultimi anni per realizzare questo sogno, "dice Geoff Crew, responsabile del software per l'APP. "ALMA VLBI sarà davvero trasformativa per la nostra scienza."

Uno degli obiettivi di queste nuove innovazioni tecnologiche è quello di immaginare un buco nero. Questo mese, due organizzazioni internazionali stanno effettuando osservazioni che consentiranno agli scienziati di costruire un'immagine del genere per la prima volta. E il ritratto che stanno cercando di catturare è vicino a casa:Sagittario A* (Sgr A*), il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea.

Durante i due periodi di osservazione verranno raccolti così tanti dati che è più veloce portarli a Haystack piuttosto che trasmetterli elettronicamente. Petabyte di dati verranno trasferiti dai telescopi di tutto il mondo a Haystack per la correlazione e l'elaborazione prima che possano essere create le immagini del buco nero. Correlazione, che registra i dati di tutti i telescopi partecipanti per tenere conto dei diversi tempi di arrivo delle onde radio in ciascun sito, viene eseguita utilizzando una banca specializzata di potenti computer. MIT Haystack è una delle poche strutture scientifiche radiofoniche in tutto il mondo con la tecnologia e l'esperienza necessarie per correlare questa quantità di dati. Un'ulteriore correlazione per queste sessioni è in corso presso il Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, Germania.

Sono in corso due sessioni di osservazione. La sessione GMVA (Global mm-VLBI Array) osserverà una varietà di sorgenti a una lunghezza d'onda di 3 millimetri, compreso Sgr A* e altri nuclei galattici attivi, e la sessione EHT (Event Horizon Telescope) osserverà Sgr A* così come il buco nero supermassiccio al centro di una galassia vicina, M87, ad una lunghezza d'onda di 1,3 millimetri. Il team EHT comprende ricercatori dell'Haystack Observatory del MIT e del MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), lavorando con l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e molte altre organizzazioni.

"Diversi fattori rendono 1,3 mm la lunghezza d'onda di osservazione ideale per Sgr A*, " secondo Vincent Fish, scienziato del progetto APP. "A lunghezze d'onda di osservazione più lunghe, la sorgente sarebbe offuscata da elettroni liberi tra noi e il centro galattico, e non avremmo una risoluzione sufficiente per vedere l'ombra prevista del buco nero. A lunghezze d'onda più corte, l'atmosfera terrestre assorbe la maggior parte del segnale."

Le attuali osservazioni sono le prime di una serie di studi pionieristici in VLBI e interferometria radio che consentiranno nuove scoperte scientifiche drammatiche. I dati dell'array ALMA di nuova fase consentiranno anche una migliore rappresentazione di altre sorgenti radio lontane tramite un migliore campionamento dei dati, maggiore risoluzione angolare, e infine VLBI della linea spettrale:osservazioni di emissioni da elementi e molecole specifici.

"La messa in fase di ALMA ha aperto possibilità completamente nuove per la scienza ad altissima risoluzione che andrà ben oltre lo studio dei buchi neri, "dice Lynn Matthews, commissioning scientist for the APP. "Per esempio, we expect to be able to make movies of the gas motions around stars that are still in the process of forming and map the outflows that occur from dying stars, both at a level of detail that has never been possible before."

The black hole images from the data gathered this month will take months to prepare; researchers expect to publish the first results in 2018.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.