Anillo de fotones: un agujero negro listo para su cercanía

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

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

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

“Cerramos el explorador para ver las luciérnagas”, dijo Broderick, miembro asociado de la facultad en el Perimeter Institute y la Universidad de Waterloo. «Hemos podido hacer algo profundo: resolver una señal fundamental de gravedad alrededor de un agujero negro».

Esencialmente, «despegando» los elementos de la imagen, dice el coautor Hong Yi Po, profesor asociado de la Universidad Normal Nacional de Taiwán, «el entorno alrededor del agujero negro se puede revelar claramente».

Para lograr esto, el equipo utilizó un nuevo algoritmo de imágenes dentro del marco de análisis del Event Horizon Telescope (EHT) para aislar y extraer una característica de anillo distinta de las observaciones originales del agujero negro M87, además de detectar la firma reveladora de un agujero poderoso. . Un chorro está saliendo del agujero negro hacia el exterior.

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

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Durante mucho tiempo, los agujeros negros se habían considerado invisibles hasta que los científicos los convencieron de que se escondieran con una red de telescopios que se extendía por todo el mundo, el EHT. Usando ocho observatorios en cuatro continentes, todos apuntando al mismo lugar en el cielo y conectados entre sí en un tiempo de nanosegundos; Los investigadores de EHT notaron dos agujeros negros en 2017.

La colaboración EHT detectó por primera vez el agujero negro supermasivo de M87 en 2019 y luego, en 2022, el agujero negro relativamente pequeño pero ruidoso en el corazón de nuestra 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 2 cuatrillones (dos seguidos de 15 ceros) más masivo que la Tierra.

La imagen del M87 presentada en 2019 fue un hito, pero los investigadores sintieron que podían ajustar la imagen y obtener nuevos conocimientos trabajando de manera más inteligente en lugar de más difícil. Aplicaron nuevas técnicas de software para reconstruir los datos originales de 2017 en busca de fenómenos predichos por teorías y modelos 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 hemos adoptado implica aprovechar nuestra comprensión teórica de cómo surgen estos agujeros negros para construir un modelo personalizado para los datos de EHT», dijo Dominic Pesce, miembro del equipo del Centro de Astrofísica. Harvard y Smithsonian. «Este modelo divide la imagen reconstruida en las dos partes que más nos importan, por lo que podemos estudiar las dos piezas individualmente en lugar de mezclarlas».

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El resultado fue posible porque el EHT es «una herramienta computacional en esencia», dijo Broderick, quien ocupa la cátedra John Archibald Wheeler de la familia Delaney en Perimeter. «Está tan basado en algoritmos como en acero. Los avances algorítmicos sofisticados nos han permitido examinar las características clave de la imagen mientras mostramos el resto en resolución EHT nativa».

Los hallazgos de los investigadores se publicaron el 16 de agosto en Diario astrofísico.

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