SKA-VLBI promete revolucionar el mapeo de la Via Lactea a traves de los maseres cosmicos
Imagen destacada: Concepcion artistica del conjunto de estaciones SKA-Low en Australia Occidental, con un diagrama superpuesto que muestra fuentes maser trazando brazos espirales a traves de la Via Lactea. [Credito: SKA Observatory / CSIRO]
Un nuevo estudio publicado en arXiv describe como las capacidades de interferometria de base muy larga del Square Kilometre Array, conocidas como SKA-VLBI, transformaran nuestra comprension de la estructura de la Via Lactea utilizando maseres cosmicos como balizas de precision. El articulo, que revisa el estado actual de la astrometria de maseres galacticos y proyecta hacia la era del SKA, sostiene que el salto en sensibilidad y cobertura del cielo proporcionara el primer mapa 3D completo e independiente de modelos de la Galaxia.
Los maseres cosmicos son el equivalente en radio de los lasers. Presentes de forma natural en regiones de formacion estelar y estrellas evolucionadas, amplifican la emision de radio a frecuencias especificas, produciendo fuentes extraordinariamente brillantes y compactas que pueden detectarse a traves de la Galaxia. Debido a que la emision de maser se origina en regiones de solo unas decenas de unidades astronomicas de diametro, los maseres sirven como fuentes puntuales casi ideales para mediciones astrometricas. Cuando se observan con tecnicas VLBI que conectan radiotelescopios a traves de continentes, producen mediciones de paralaje precisas a unos pocos microsegundos de arco.
Los programas actuales de astrometria de maseres, notablemente el proyecto japones VERA y el Bar and Spiral Structure Legacy Survey (BeSSeL), han medido aproximadamente 200 maseres en toda la Galaxia. Estas observaciones han proporcionado la primera evidencia directa de que la Via Lactea es una espiral de cuatro brazos, medido la distancia al Centro Galactico en 8,2 kiloparsecs y revelado la firma cinematica de la barra galactica. Pero la muestra existente esta fuertemente sesgada hacia el hemisferio Norte. Solo un maser ha sido medido mas alla del Centro Galactico, dejando todo el cuarto cuadrante efectivamente sin mapear.
Un aumento de diez veces en el tamano de la muestra
SKA-VLBI cambiara esto dramaticamente. Con su sensibilidad, el SKA podra detectar maseres mas de 10 veces mas debiles que los conjuntos actuales, aumentando la muestra observable de aproximadamente 200 fuentes a mas de 2.000. La ubicacion del SKA en el hemisferio Sur, en el Observatorio de Radioastronomia Murchison en Australia Occidental, proporciona acceso al Centro Galactico y al cuarto cuadrante galactico, que son pobremente visibles desde los conjuntos del norte.
El salto en precision astrometrica es igualmente significativo. Los conjuntos VLBI actuales alcanzan aproximadamente 10 a 20 microsegundos de arco de precision de paralaje para los maseres mas brillantes. SKA-VLBI, combinando el area colectora del SKA con la infraestructura VLBI existente, empujara esto a 1 a 3 microsegundos de arco. A una distancia de 10 kiloparsecs, esto corresponde a una incertidumbre de distancia de aproximadamente el 5%, en comparacion con el 20 al 50% con los conjuntos actuales.
Esta precision, sostiene el articulo, permitira la primera reconstruccion geometrica verdaderamente independiente de modelos de la estructura espiral de la Via Lactea. Los objetivos clave son los maseres de metanol a 6,7 y 12,2 GHz, que estan exclusivamente asociados con regiones de formacion de estrellas de alta masa. Debido a que las estrellas masivas se forman solo en brazos espirales, los maseres de metanol sirven como trazadores directos de la estructura espiral de la Galaxia. Los maseres de agua a 22 GHz y los maseres de hidroxilo a 1,6 GHz seran accesibles en fases posteriores del SKA.
Preguntas pendientes
Los mapas existentes de la Via Lactea sufren de ambiguedades fundamentales. Todavia se debate si la Galaxia tiene dos brazos espirales dominantes o cuatro, una incertidumbre que se propaga a los modelos de formacion estelar, dinamica galactica e incluso la distribucion de materia oscura. La geometria de la barra galactica, la naturaleza del misterioso brazo de 3 kiloparsecs y la longitud de escala del disco estelar permanecen todos en disputa.
El articulo proyecta que una muestra de aproximadamente 200 maseres de metanol seria suficiente para trazar brazos espirales hasta 17 kiloparsecs con una precision de ancho de brazo de aproximadamente 0,3 kiloparsecs. Para la barra galactica, donde solo 15 maseres tienen actualmente mediciones confiables, SKA-VLBI podria aumentar la muestra a mas de 200 fuentes, permitiendo determinar la morfologia tridimensional y la velocidad de rotacion de la barra con ordenes de magnitud de mejor precision.
Los parametros actuales de mejor ajuste de la barra, un semieje mayor de 4,0 kiloparsecs y un angulo de orientacion de 36 grados, conllevan incertidumbres sustanciales. Los datos de SKA-VLBI precisarian estos valores mientras prueban simultaneamente si la barra tiene un componente vertical pronunciado, una cuestion con implicaciones sobre como la barra canaliza el gas hacia el Centro Galactico.
Ganancias de eficiencia
Mas alla de la sensibilidad y la cobertura del cielo, SKA-VLBI ofrece una mejora dramatica en la eficiencia de observacion. Los programas actuales de astrometria de maseres requieren miles de horas de tiempo de telescopio repartidas a lo largo de varios anos para acumular la senal astrometrica. SKA-VLBI lograra una precision equivalente en aproximadamente 300 horas por fuente, y su capacidad para observar multiples maseres simultaneamente dentro del mismo haz primario significa que se pueden construir muestras grandes mucho mas rapidamente.
El articulo estima que un estudio exhaustivo de 2.000 maseres en toda la Galaxia podria completarse dentro de unos pocos anos de operaciones del SKA, entregando un conjunto de datos heredado que serviria como marco de referencia para la astronomia galactica durante decadas.
El preimpreso esta disponible en arXiv bajo la referencia 2606.27692.
Traducido por Alessandra