Los astrónomos lanzan una imagen mejorada de un agujero negro: NPR

Nell Greenfieldboyce

Los investigadores utilizaron simulaciones por computadora de agujeros negros y aprendizaje automático para generar una versión revisada (derecha) de la famosa primera imagen de un agujero negro que se publicó en 2019 (izquierda). Medeiros et al 2023 ocultar leyenda

Los investigadores utilizaron simulaciones por computadora de agujeros negros y aprendizaje automático para generar una versión revisada (derecha) de la famosa primera imagen de un agujero negro que se publicó en 2019 (izquierda).

La primera imagen icónica de un agujero negro parecía una rosquilla naranja difusa, pero ahora esa imagen se ha convertido en un anillo de fuego, gracias a las simulaciones por computadora y el aprendizaje automático.

El interior negro de este anillo de gases calientes es un área de rareza cósmica y una gravedad tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Se ve mucho más grande y más oscuro en la imagen actualizada, según un nuevo informe en The Astrophysical Journal Letters.

La imagen muestra el agujero negro M87, uno grande a unos 55 millones de años luz de distancia que se cree que es 6.500 millones de veces más masivo que el sol. Este es el agujero negro que fue observado en 2017 por una red de telescopios en todo el mundo conocida como Event Horizon Telescope, que juntos actuaron como un radiotelescopio gigante del tamaño de la Tierra.

Dos años más tarde, con mucha fanfarria, el equipo internacional de EHT anunció que había producido la primera imagen de M87. "Estamos muy, muy orgullosos y muy entusiasmados con esa imagen. Estuve muy involucrado en hacer esa imagen", dice la astrofísica Lia Medeiros del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey.

Aun así, dice, "siempre vamos a estar tratando de mejorar y siempre vamos a estar tratando de tener una imagen cada vez mejor".

La idea de un objeto celeste con una gravedad tan fuerte que no deja escapar la luz, haciéndolo invisible, existe desde el siglo XVIII. Los astrónomos ahora saben que los agujeros negros pueden formarse cuando una estrella moribunda colapsa sobre sí misma. Aunque el agujero negro en sí no se puede ver, su presencia se puede inferir de los efectos de su gravedad en su entorno.

Por ejemplo, el gas, el polvo y los escombros que ingresan a un agujero negro se arremolinan y se calientan a medida que caen hacia adentro, creando un contorno alrededor de la bestia invisible e insaciable. Ese esquema es lo que el equipo de EHT pudo capturar.

La impresión de este artista representa un agujero negro supermasivo que gira rápidamente rodeado por un delgado disco de material en rotación, los restos de una estrella similar al Sol. ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartmann ocultar leyenda

Pero hacer un retrato de un agujero negro con una serie de telescopios, explica Medeiros, es muy diferente a tomar una foto con una cámara común. "Realmente no tomamos una foto en el sentido de que, ya sabes, solo hay una cámara que simplemente hace clic", dice ella.

En cambio, los investigadores tienen que lidiar con las lagunas en sus datos haciendo ciertas suposiciones y haciendo una tonelada de cálculos.

En esta nueva versión de la imagen, los vacíos se han llenado con la ayuda de la física, es decir, simulaciones por computadora de agujeros negros, y el aprendizaje automático. Los investigadores generaron más de 30 000 imágenes simuladas de agujeros negros, cubriendo una amplia gama de posibilidades, y luego buscaron patrones comunes dentro de esas imágenes.

Los investigadores utilizaron decenas de miles de imágenes generadas por simulaciones de agujeros negros para entrenar su programa de aprendizaje automático. Crédito: Medeiros et al. 2023

"Lo que realmente hacemos es aprender las correlaciones entre diferentes partes de la imagen. Y lo hacemos analizando decenas de miles de imágenes de alta resolución que se crean a partir de simulaciones", dice Medeiros. "Si tienes una imagen, los píxeles cercanos a cualquier píxel dado no están completamente descorrelacionados. No es que cada píxel esté haciendo cosas completamente independientes".

Aprender las correlaciones entre los bits de las imágenes les ayudó a llenar mejor los vacíos creados por los datos faltantes, dice. Y la nueva imagen resultante es consistente con la anterior, pero el anillo de gases calientes que giran alrededor del agujero negro es significativamente más delgado.

"El hecho de que el ancho del anillo sea más pequeño por un factor de dos es increíblemente emocionante", dice Medeiros.

Es una revelación que les ayudará a comprender lo que sucede cuando la materia se arremolina alrededor del agujero negro y cae dentro.

"Si tenemos más materia cayendo en el agujero negro, se creará un anillo más grueso. Y si tenemos menos materia cayendo, debería crear un anillo más delgado, ¿no?" ella dice.

Hasta ahora, todo sigue pareciendo consistente con las predicciones de Albert Einstein. Eso también es cierto para el único otro agujero negro que se ha fotografiado, el que se encuentra en el centro de la galaxia de la Vía Láctea. También fue observado por este consorcio de investigación.

Medeiros cree que las mejoras continuas en el software de la computadora y el hardware del telescopio darán como resultado que la imagen del agujero negro M87 se perfeccione cada vez más.

"En 20 años, la imagen podría no ser la imagen que les estoy mostrando hoy", dice ella. "Podría ser aún mejor".