Métricas y Motivaciones para el VLBI Tierra-Espacio: Resolviendo en el tiempo Sgr A* con el Telescopio de Horizonte de Eventos

Resumen La interferometría de muy larga base (VLBI) en frecuencias superiores a 230 GHz con líneas de base del diámetro de la Tierra proporciona una resolución espacial más fina que el ∼50 μ como "sombra" del agujero negro supermasivo en el Centro Galáctico, Sagittarius A* (Sgr A*). La imagen de estructuras estáticas y dinámicas cerca de la "sombra" proporciona una prueba de la relatividad general y puede permitir la medición de parámetros del agujero negro. Sin embargo, la síntesis tradicional de rotación de la Tierra no es aplicable para fuentes (como Sgr A*) con variabilidad intradía. La expansión de arreglos terrestres para incluir estaciones de VLBI en el espacio puede permitir capacidades de imagen en escalas de tiempo comparables a la órbita circular estable más interna (ISCO) de Sgr A*, que se predice que será de 4 a 30 minutos, dependiendo del giro del agujero negro. Examinamos los requisitos básicos para el VLBI en el espacio y desarrollamos herramientas para simular observaciones con estaciones en órbita. También desarrollamos una métrica para cuantificar las capacidades de imagen de un arreglo sin importar la morfología de la imagen detallada o el método de reconstrucción. Validamos esta métrica en reconstrucciones de ejemplos de simulaciones de Sgr A* a 230 y 345 GHz, y utilizamos estos resultados para motivar la expansión del Telescopio de Horizonte de Eventos para incluir pequeños platos en Órbita Baja de la Tierra (LEO). Demostramos que sitios de alta sensibilidad como el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) hacen viable agregar pequeños orbitadores a arreglos terrestres existentes, ya que las líneas de base del espacio-ALMA tendrían sensibilidad comparable a las líneas de base no-ALMA terrestre. Mostramos que los arreglos mejorados con LEO muestrean la mitad del plano de Fourier limitado por difracción de Sgr A* en menos de 30 minutos, lo que permite reconstrucciones de estructuras cercanas al horizonte con un error cuadrático medio normalizado ≲0.3 en escalas de tiempo sub-ISCO.