Nuevos datos, misma apariencia para M87*        

Por Emily Velasco, Instituto de Tecnología de California

27 de enero de 2024.

La Event Horizon Telescope Collaboration ha publicado nuevas imágenes de M87* a partir de observaciones tomadas en abril de 2018, un año después de las primeras observaciones en abril de 2017. Las nuevas observaciones de 2018, que cuentan con la primera participación del Telescopio de Groenlandia, revelan un anillo de emisión del mismo tamaño que encontramos en 2017. Este anillo brillante rodea una sombra central oscura, y la parte más brillante del anillo en 2018 se ha desplazado unos 30º en relación con 2017 para ahora encontrarse en la posición de las 5 en punto. Crédito: Colaboración EHT.

        Hace casi cinco años, un equipo de astrónomos de todo el mundo dio al mundo la primera visión de un agujero negro. Ahora el equipo ha validado tanto sus hallazgos originales como nuestra comprensión de los agujeros negros con una nueva imagen del agujero negro supermasivo M87*. Este agujero negro supermasivo, 6.500 millones de veces la masa de nuestro Sol, reside en el centro de la galaxia Messier 87 (M87) en el cúmulo de galaxias Virgo, ubicado a 55 millones de años luz de la Tierra.

        La nueva imagen, como la anterior, fue capturada por el Event Horizon Telescope (EHT), un conjunto de radiotelescopios que se extienden por todo el planeta. Estos nuevos datos, sin embargo, se recopilaron un año después, en 2018, y se beneficiaron de las mejoras en el conjunto de telescopios, en particular con la inclusión de un telescopio en Groenlandia.

        La imagen original de M87* obtenida por EHT fue importante no sólo porque representaba la primera vez que los humanos tomaban imágenes de un agujero negro, sino también porque el objeto tenía el aspecto que se suponía que debía tener. En particular, la imagen mostró lo que se conoce como la sombra de un agujero negro: una región oscura en el centro de un disco brillante de materia caliente que rodea el agujero negro. La sombra de un agujero negro no es una sombra en el mismo sentido que la que proyectas cuando caminas afuera en un día soleado. En cambio, la región oscura es creada por el inmenso campo gravitacional del agujero negro, que es tan fuerte que la luz no puede escapar de él. Como no sale luz de un agujero negro, éste parece oscuro.

        Además, esa fuerte gravedad desvía la luz que pasa cerca del agujero negro sin caer en él, actuando efectivamente como una lente. Esto se conoce como lente gravitacional y crea un anillo de luz que se puede ver independientemente del ángulo desde el que se mire el agujero negro. Ambos efectos fueron predichos a partir de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Dado que la imagen de M87* muestra estos efectos, es una fuerte evidencia de que la relatividad general y nuestra comprensión de la física de los agujeros negros son correctas.

        Esta nueva imagen de M87* se produjo con contribuciones clave de un equipo de imágenes de Caltech, incluida la profesora Katherine (Katie) L. Bouman, profesora asistente de informática y ciencias matemáticas, ingeniería eléctrica y astronomía; ex doctor en Caltech, la estudiante de Ph.D. Nitika Yadlapalli Yurk, y el actual asociado de investigación postdoctoral de Caltech en informática y ciencias matemáticas, Aviad Levis.

        Bouman es coordinadora del Grupo de Trabajo de Imágenes del EHT y fue becaria postdoctoral en el Centro Smithsonian de Astrofísica de Harvard y codirectora del equipo de imágenes del EHT cuando se publicó la imagen original en 2019. En ese cargo, ayudó a desarrollar los algoritmos que reunió el tesoro de datos recopilados por los múltiples radiotelescopios del EHT en una imagen única y cohesiva. Desde que se unió a la facultad de Caltech, Bouman, quien también es becaria Rosenberg e investigadora del Heritage Medical Research Institute, ha continuado su trabajo con EHT. También codirigió la obtención de imágenes del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea publicada en 2022.

        Yurk se unió a la colaboración EHT en 2020 y desempeñó un papel activo en el equipo de imágenes para la última imagen del M87*. Sus principales contribuciones incluyeron el desarrollo de conjuntos de datos sintéticos para utilizarlos en el entrenamiento y validación de los algoritmos de imágenes. Yurk también escribió software que se utilizó en la exploración de imágenes candidatas. Recientemente fue reconocida por el EHT por sus esfuerzos con un doctorado. Premio de Tesis por los avances que aportó a la obtención de imágenes y la validación de la imagen más reciente del M87*. Actualmente es becaria del Programa Postdoctoral de la NASA en el JPL, que Caltech administra para la NASA.

        Obtener imágenes de un objeto como M87* con el EHT es muy diferente a obtener imágenes de un planeta como Saturno con un telescopio convencional. En lugar de ver la luz, el EHT observa las ondas de radio emitidas por los objetos y debe combinar computacionalmente la información para formar una imagen.

        "Los datos brutos que salen de estos telescopios son básicamente valores de voltaje", dice Yurk. "Me gusta describir los radiotelescopios como los voltímetros más sensibles del mundo, y recogen voltajes con mucha precisión de diferentes partes del cielo".

        Convertir esos valores de voltaje en una imagen es complicado, dice Bouman, porque la información con la que están trabajando los investigadores es incompleta y no hay nada con qué comparar la imagen, ya que nadie ha visto M87* con sus propios ojos.

        "No queremos alterar nuestras expectativas sobre cómo debería verse el agujero negro cuando estamos formando la imagen computacionalmente", dice Bouman. "De lo contrario, podría llevarnos a una imagen que esperábamos en lugar de una que capture la realidad".

        Para evitar ese problema, los investigadores prueban sus algoritmos de procesamiento de imágenes con lo que se conoce como datos sintéticos, un conjunto de imágenes simuladas con formas geométricas simples. Esos datos se ejecutan a través de algoritmos para producir una imagen. Si la imagen de salida es fiel a la imagen de entrada, sabrán que el algoritmo está funcionando correctamente y podrían ver con precisión estructuras sorprendentes alrededor del agujero negro.

        Bouman dice que ese proceso, codirigido por Yurk, implicó explorar cientos de miles de parámetros para medir la efectividad de los algoritmos en la reconstrucción de diferentes estructuras de imágenes. El equipo descubrió que con la incorporación del telescopio de Groenlandia al EHT, los métodos recuperaron de manera más sólida las características de las imágenes.

        El proceso produjo una imagen de M87* que es sólo ligeramente diferente a la primera. La diferencia más obvia es que la porción más brillante del anillo resplandeciente que rodea a M87* se ha desplazado unos 30 grados en sentido antihorario. Según el EHT, ese movimiento probablemente sea el resultado del flujo turbulento de materia alrededor de un agujero negro. Es importante destacar que el anillo se mantuvo del mismo tamaño, lo que también predijo la relatividad general.

        Bouman añade que la capacidad del equipo para producir otra imagen de M87* con nuevos datos que concuerden tan estrechamente con la imagen anterior es emocionante.

        "Creo que la gente se preguntará: '¿Por qué es esto importante? Ya mostraste una foto de M87*'. Otros grupos han reproducido la imagen de M87* con datos tomados en 2017. Pero es totalmente diferente tener un nuevo conjunto de datos tomado de un año diferente y llegar a las mismas conclusiones. La reproducibilidad con datos independientes también es un gran problema".

Fuente:

https://phys.org/news/2024-01-m87.html