El anillo de fotones: un agujero negro listo para su primer plano


Cuando los científicos dieron a conocer la primera imagen histórica de la humanidad de un agujero negro en 2019, que representaba un núcleo oscuro rodeado por un aura ardiente de material que caía hacia él, creían que había imágenes e ideas aún más ricas esperando ser sacadas de los datos.

Las simulaciones predijeron que, escondido detrás del resplandor del resplandor naranja difuso, debería haber un anillo de luz delgado y brillante creado por fotones arrojados alrededor de la parte posterior del agujero negro por su intensa gravedad.

La emisión de M87 ahora se ha resuelto en un anillo delgado y brillante (mapa de color naranja), que surge de la secuencia infinita de imágenes adicionales de la región de emisión, y la imagen primaria más difusa, producida por los fotones que vienen directamente hacia la Tierra (en contornos azules). Cuando se ve a la resolución de imagen del Event Horizon Telescope, los dos componentes se difuminan. Sin embargo, al buscar por separado el anillo delgado, es posible afinar la vista de M87, aislando la huella digital de fuerte gravedad. Crédito: Broderick et al.

Un equipo de investigadores dirigido por el astrofísico Avery Broderick utilizó sofisticados algoritmos de imágenes para «remasterizar» esencialmente las imágenes originales del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87.

«Apagamos el reflector para ver las luciérnagas», dijo Broderick, miembro asociado de la facultad del Perimeter Institute y la Universidad de Waterloo. «Hemos podido hacer algo profundo: resolver una firma fundamental de la gravedad alrededor de un agujero negro».

Esencialmente, «desprendiendo» elementos de las imágenes, dice el coautor Hung-Yi Pu, profesor asistente en la Universidad Normal Nacional de Taiwán, «el entorno alrededor del agujero negro puede revelarse claramente».

Para lograr esto, el equipo empleó un nuevo algoritmo de imágenes dentro del marco de análisis de Event Horizon Telescope (EHT) THEMIS para aislar y extraer la característica de anillo distintivo de las observaciones originales del agujero negro M87, así como detectar la huella reveladora de un poderoso chorro que sale disparado del agujero negro.

Los hallazgos de los investigadores confirman las predicciones teóricas y ofrecen nuevas formas de explorar estos objetos misteriosos, que se cree que residen en el corazón de la mayoría de las galaxias.

Durante mucho tiempo, los agujeros negros se consideraron invisibles hasta que los científicos los sacaron de su escondite con una red de telescopios que abarca todo el mundo, el EHT. Usando ocho observatorios en cuatro continentes, todos apuntando al mismo punto en el cielo y conectados entre sí con sincronización de nanosegundos; los investigadores del EHT observaron dos agujeros negros en 2017.

La colaboración EHT reveló por primera vez el agujero negro supermasivo en M87 en 2019 y luego, en 2022, el agujero negro comparativamente pequeño pero tumultuoso en el corazón de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, llamado Sagittarius A* (o Sgr A*). Los agujeros negros supermasivos ocupan el centro de la mayoría de las galaxias y concentran una increíble cantidad de masa y energía en un pequeño espacio. El agujero negro M87, por ejemplo, es dos mil billones (eso es un dos seguido de 15 ceros) veces más masivo que la Tierra.

Los científicos de la imagen M87 presentados en 2019 fueron un hito, pero los investigadores sintieron que podían mejorar la imagen y obtener nuevos conocimientos trabajando de manera más inteligente, no más difícil. Aplicaron nuevas técnicas de software para reconstruir los datos originales de 2017 en busca de fenómenos que las teorías y los modelos predijeron que acechaban bajo la superficie. La nueva imagen resultante muestra el anillo de fotones, compuesto por una serie de subanillos cada vez más nítidos, que el equipo luego apiló para obtener la imagen completa.

«El enfoque que adoptamos implicó aprovechar nuestra comprensión teórica de cómo se ven estos agujeros negros para construir un modelo personalizado para los datos de EHT», dijo Dominic Pesce, miembro del equipo con sede en el Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian. «Este modelo descompone la imagen reconstruida en las dos piezas que más nos interesan, de modo que podemos estudiar ambas piezas individualmente en lugar de combinarlas».

El resultado fue posible porque el EHT es un «instrumento computacional en su esencia», dijo Broderick, quien ocupa la cátedra John Archibald Wheeler de la familia Delaney en Perimeter. «Depende tanto de los algoritmos como del acero. Los desarrollos algorítmicos de vanguardia nos han permitido probar las características clave de la imagen mientras renderizamos el resto en la resolución nativa del EHT».

Los hallazgos de los investigadores fueron publicados en The Astrophysical Journal.

Con información de Phys.org

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