¿Existe un límite superior cósmico, más que tecnológico, para lo que un telescopio puede resolver?

Los interferómetros de radio espacial podrían tener una línea de base de millones de kilómetros, pero ¿hay algún punto en el que una línea de base más grande ya no mejore la resolución porque los fotones observados se distorsionan antes de llegar? Esta pregunta trata de los límites tecnológicos de resolución. En cambio, estoy preguntando sobre las limitaciones cósmicas debido, por ejemplo, al gas interestelar y extragaláctico que dispersa la luz.

Este documento sobre los resultados del interferómetro espacial / terrestre de RadioAstron está muy por encima de mi calificación salarial, pero parece ser sobre este problema. El resumen ejecutivo dice:

En líneas de base más largas de hasta 235,000 km, donde no se esperaría la detección interferométrica del disco de dispersión, se observaron visibilidades significativas con amplitudes dispersas alrededor de un valor constante. Estas detecciones dan como resultado el descubrimiento de una subestructura en la imagen ampliada de dispersión completamente resuelta de la fuente puntual, PSR B0329 + 54. Se atribuyen completamente a las propiedades del medio interestelar.

P: "¿Existe un límite superior cósmico, en lugar de tecnológico, para lo que un telescopio puede resolver?

Los interferómetros de radio espacial podrían tener una línea de base de millones de kilómetros, pero ¿hay algún punto en el que una línea de base más grande ya no mejore la resolución porque los fotones observados están distorsionados antes de llegar?

La desviación del frente de onda de un espectro de cuerpo negro y los procesos que los crean se entiende razonablemente bien, las fases de los frentes de onda entrantes se pueden medir para mejorar la direccionalidad y reducir la distorsión. La correlación de las diferentes frecuencias permite la detección de incluso pequeñas cantidades de distorsión.

Ver: " La evolución de las distorsiones espectrales de CMB en el Universo temprano " (29 de septiembre de 2011), por J. Chluba, RA Sunyaev y el video: " Las distorsiones espectrales de CMB y lo que podríamos aprender sobre el universo temprano ", por Jens Chluba, y " Ciencia con distorsiones espectrales CMB " (27 de mayo de 2014), por Jens Chluba.

El método se explica en el documento " Restricción de fondo cósmico de microondas en aniquilaciones residuales de partículas reliquias " (9 de agosto de 2000), por McDonald, Scherrer y Walker, página 2:

"En este trabajo calculamos la energía inyectada en el CMB aniquilando partículas en función de su masa y tasa de aniquilación (es decir, el producto de la sección transversal y la abundancia al cuadrado). Derivamos restricciones en las propiedades de las partículas en comparación con los límites observados sobre potencial químico ($\mu$) distorsiones, y Compton-$y$distorsiones (§II). Comparamos estas restricciones con restricciones similares obtenidas de la producción de deuterio por fotodisociación de helio primordial (§III.A), y del fondo difuso de fotones producido después de la recombinación por aniquilaciones extragalácticas (§III.B) y aniquilaciones en la Vía Láctea halo (§III.C).

II DISTORCIONES DEL ESPECTRO DE ENERGÍA CMB

Primero consideramos el efecto de los productos de aniquilación en el espectro de energía CMB. La distorsión del espectro tiene lugar en dos pasos: primero, los productos de aniquilación de alta energía disipan rápidamente su energía en los fotones y electrones de fondo, y luego el fondo de baja energía evoluciona más lentamente en un esfuerzo por restaurar el espectro de Planck. La permanencia de las distorsiones producidas después$z ≃ 10^6$es simple de entender de la siguiente manera: Un espectro de Planck con una densidad de número de fotones dada debe tener una densidad de energía específica. por$z ≃ 10^6$, los procesos de no conservación de fotones (dispersión doble de Compton y bremsstrahlung) son ineficientes en el plasma de fondo. Por lo tanto, si se inyecta energía en el CMB pero no el número correcto de fotones, no se puede restaurar un espectro de Planck. Ahora discutimos con más detalle la forma de las distorsiones producidas en diferentes intervalos de desplazamiento al rojo. ... '

Ver: " Nuevas ofertas tecnológicas para ampliar la visión de la radioastronomía ". Incluso una antena pequeña es muy capaz, esta pequeña antena puede ver en siete direcciones simultáneamente:

^{[Haga clic en la imagen para ampliar]}

La óptica adaptativa se usa con algunos telescopios ópticos, no hay razón para no aplicar el mismo algoritmo a VLBI.

" Óptica adaptativa: el Very Large Telescope de ESO ve cuatro veces la primera luz (láser) " (07/11/2016):

"... incluso en los mejores sitios ópticos de la Tierra, como la cumbre de 2600 m del Cerro Paranal o la cumbre de 4205 m de Mauna Kea en Hawai, las variaciones del índice de refracción en la atmósfera conducen a una resolución limitada de 0.4 segundos de arco en en contraste con la resolución teórica limitada por difracción de menos de 0.02 segundos de arco para los telescopios VLT de 8.2 m .

" PKS 1954-388: Detección de RadioAstron en líneas de base de 80,000 km y observaciones de longitud de onda múltiple " (5 de mayo de 2017), por Edwards, Kovalev, Ojha, An, Bignall, Et al .:

" 1 INTRODUCCIÓN

Un desafío importante en astronomía es la lucha por observar objetos con una resolución angular suficiente para sondear los mecanismos físicos subyacentes. Las longitudes de onda más largas de la radioastronomía inicialmente dificultaron la búsqueda de una alta resolución angular, pero la relativa facilidad de preservar la información de fase permitió la técnica de interferometría de línea de base muy larga (VLBI). El VLBI intercontinental logra rutinariamente resoluciones angulares de milésimas de segundo , y al extender las líneas de base entre los telescopios al espacio, con telescopios basados ​​en satélites, actualmente se obtiene la resolución angular más alta lograda en astronomía ".

Hay un documento más nuevo que el que enlazó, utilizando una línea de base más larga, con mejores resultados. Ver: " PSR B0329 + 54: Subestructura en la imagen ampliada dispersa descubierta con RadioAstron en líneas de base de hasta 330,000 km " (13 de septiembre de 2016), por Popov, Bartel, Gwinn, Johnson, Andrianov, Fadeev, Et al., La conclusión en la página 8:

" 7 RESUMEN Y CONCLUSIONES

Aquí resumimos nuestras observaciones y resultados y damos nuestras conclusiones.

(i) Hicimos observaciones VLBI de PSR B0329 + 54 con RadioAstron a 324 MHz en líneas base proyectadas de hasta 330,000 km o 350 M$\lambda$. Nuestro objetivo era investigar las propiedades de dispersión del ISM que afectan las observaciones de radio de todas las fuentes celestes. Si bien los resultados de tales observaciones están en general influenciados por la convolución de la estructura de la fuente con los procesos de dispersión, los púlsares son fuentes prácticamente puntuales y las firmas en los resultados de observación pueden estar directamente relacionadas con las propiedades de dispersión del ISM.

(ii) La función de visibilidad en líneas de base cortas de tierra-tierra manifiesta un único pico brillante en el espacio de velocidad de retardo que desaparece en líneas de base largas de tierra-espacio. Por lo tanto, el disco de dispersión del PSR B0329 + 54 se resolvió por completo en líneas de base del espacio terrestre de 15,000 a 30,000 km. El FWHM del diámetro angular es 4.8 ± 0.8 mas a 324 Hz.

(iii) La escala de longitud difractiva o el tamaño del punto de difracción cerca de la Tierra es 17, 000 ± 3, 000 km.

(iv) Suponiendo irregularidades turbulentas y a gran escala en el plasma, la pantalla de dispersión efectiva se ubica en d / D = 0.6 ± 0.1 o algo más de la mitad de la distancia de la Tierra al púlsar.

(v) En líneas de base proyectadas más largas, hasta 330,000 km, se detectaron amplitudes de visibilidad significativas, aunque no se esperaba ninguna del disco de dispersión . Están dispersos alrededor de una media que permanece aproximadamente constante hasta las líneas de base más largas. Este resultado indica que se descubrió una subestructura en la imagen ampliada de dispersión de PSR B0329 + 54 ".

Tu ultima pregunta:

P: "En cambio, estoy preguntando acerca de las limitaciones cósmicas debido, por ejemplo, al gas interestelar y extragaláctico que dispersa la luz".

Debido a que está mirando tantas frecuencias desde tantos ángulos durante un período prolongado de tiempo, es posible usar una supercomputadora para ver a través de (alrededor) átomos, niebla, polvo.

Aquí hay algunas explicaciones para laicos:

Video de Ted Talks: " Ver movimiento invisible, escuchar sonidos silenciosos "

CNN YouTube: "La nueva tecnología hace que las tropas sean invisibles "

Ascendent Technology YouTube " Cámara infrarroja térmica y visible CCTV PTZ Monitoreo y detección de incendios Vea a través de humo y neblina "