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Nueva imagen del agujero negro supermasivo M87 generada por el algoritmo PRIMO utilizando datos EHT de 2017. Medeiros et al. 2023
Ciencia | Astronomía

El primer agujero negro fotografiado ahora tiene un nuevo aspecto

Una novedosa técnica de aprendizaje automático reconstruye la icónica fotografía del 'donut naranja'

Viernes, 21 de abril 2023, 20:33

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En 2019, se publicó la primera imagen de un agujero negro. En concreto, del agujero negro supermasivo del centro de la galaxia M87, cuyo aspecto recordaba al de una rosquilla naranja. Este jueves, un artículo publicado en la revista 'The Astrophysical Journal Letters' recoge una versión actualizada de la icónica fotografía, que proporciona una representación más precisa del objeto astronómico.

La imagen original fue capturada mediante el Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT, por su sigla en inglés), que utiliza una red de telescopios internacionales 'conectados' que funcionan como un solo instrumento. Como consecuencia, se crea una resolución equivalente a la de un telescopio del tamaño de la Tierra, de otro modo imposible de construir.

La famosa captura mostró el agujero negro como una estructura borrosa que recordaba a un donut anaranjado, y confirmó la existencia del horizonte de eventos, la región de espacio que rodea a un agujero negro donde la gravedad es tan fuerte que nada puede escapar, ni siquiera la luz.

Sin embargo, la fotografía tenía algunas limitaciones, debido a la técnica utilizada. Los telescopios en la red del EHT solo recopilaron información durante una breve franja de tiempo y desde diferentes ubicaciones en la Tierra, lo que generó 'lagunas' en los datos. Además, los resultados estaban incompletos y contaminados con ruido (perturbaciones no deseadas que afectan a la medición de datos).

Aprendizaje automático

Ahora, con la ayuda de una nueva técnica de aprendizaje automático, llamada PRIMO, los científicos han podido reconstruir una imagen más detallada y completa. Esta fotografía muestra una región central más grande y oscura, lo que indica que el agujero negro es mayor de lo que se pensaba originalmente, y la circunferencia naranja que lo rodea es más delgada y brillante.

Agujero negro supermasivo M87 fotografiado originalmente por EHT en 2019 (izquierda); y LA nueva imagen generada por el algoritmo PRIMO utilizando el mismo conjunto de datos (derecha).
Agujero negro supermasivo M87 fotografiado originalmente por EHT en 2019 (izquierda); y LA nueva imagen generada por el algoritmo PRIMO utilizando el mismo conjunto de datos (derecha). Medeiros et al. 2023

«PRIMO proporciona una forma de compensar la información que falta sobre el objeto que se está observando y genera la imagen que se habría visto usando un solo radiotelescopio gigantesco del tamaño de la Tierra (que es imposible de construir), en lugar de una red de telescopios EHT», expresa Tod Lauer, coautor del estudio y astrónomo del NOIRLab (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica e Infrarroja).

Para 'completar' la imagen del agujero negro, los científicos analizaron con PRIMO más de 30.000 imágenes simuladas de agujeros negros que acumulaban materia a través de la gravedad, un proceso denominado acreción de gas, y se buscaron patrones comunes en la estructura de las imágenes. Finalmente, se proporcionó una estimación de alta fidelidad de la estructura faltante de las imágenes originales tomadas por EHT. «Estamos utilizando la física para rellenar regiones de datos que faltan de una manera que nunca se había hecho antes mediante el aprendizaje automático», ha declarado Lia Medeiros, coautora del estudio y astrofísica del Instituto de Estudios Avanzados (EE UU).

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Oportunidad de oro

El equipo confirmó que la nueva imagen es consistente con los datos de EHT y con las expectativas teóricas, incluido el anillo brillante de emisión que se espera que se produzca por el gas caliente que cae en el agujero negro. «Aproximadamente cuatro años después de que la primera imagen a escala de horizonte de un agujero negro fuera revelada por EHT, hemos marcado otro hito», ha celebrado Dimitrios Psaltis, coautor del estudio y astrónomo del Instituto de Tecnología de Georgia (EE UU). «Las nuevas técnicas de aprendizaje automático que hemos desarrollado proporcionan una oportunidad de oro para que nuestro trabajo colectivo entienda mejor la física de los agujeros negros».

La nueva imagen permitirá realizar determinaciones más precisas de la masa del agujero negro M87 y los parámetros físicos que determinan su apariencia actual, así como realizar pruebas de gravedad más sólidas, entre otros. PRIMO también se podrá aplicar a observaciones adicionales de EHT, incluidas las de Sgr A*, el agujero negro central de nuestra propia galaxia de la Vía Láctea, y «podría tener implicaciones importantes para la interferometría aplicada a distintos campos», añade Medeiros.

La interferometría es una técnica utilizada en astronomía para combinar la información recopilada por dos o más telescopios separados, con el fin de obtener imágenes más detalladas de los objetos celestes. También puede aplicarse en medicina, por ejemplo, para la detección del cáncer. «La imagen de 2019 fue solo el comienzo», dice la científica. «Si una imagen vale más que mil palabras, los datos subyacentes a esa imagen tienen muchas más historias que contar. PRIMO seguirá siendo una herramienta crítica para extraer tales conocimientos».

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