Cuatro investigadores australianos utilizaron una técnica que combina inteligencia artificial y herramientas matemáticas para analizar los datos originales de M87*. El resultado permitió reproducir el anillo brillante y la región oscura central observados hace siete años, mediante un procedimiento independiente.
Un equipo de cuatro investigadores de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Mancomunidad de Australia (CSIRO) logró reproducir, mediante un método que utiliza inteligencia artificial, la primera imagen de un agujero negro supermasivo. El análisis recuperó el anillo brillante y la región oscura central de M87*, difundidos por primera vez en 2019, y aportó una verificación independiente de aquella reconstrucción.
El resultado se conoció a través de una publicación de la revista Nature del 11 de noviembre. La coincidencia refuerza la interpretación de que la forma observada no fue producto de las decisiones técnicas empleadas para procesar las mediciones originales del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT).
La imagen histórica no surgió de una fotografía convencional. Los científicos combinaron señales de radio obtenidas por observatorios ubicados en distintos continentes y las procesaron mediante algoritmos para reconstruir una fuente extremadamente lejana y compacta. Como la red de telescopios no registra toda la información necesaria, el procedimiento requiere completar los espacios entre las mediciones disponibles.
Esa limitación dio lugar a cuestionamientos sobre el aspecto del objeto. En 2022, el astrofísico japonés Junichiro Makino y sus colegas modificaron algunos supuestos de uno de los enfoques empleados por el EHT y obtuvieron una mancha de emisiones de radio en lugar de un anillo definido. La diferencia puso el foco en el posible efecto de las decisiones computacionales sobre la imagen final.
El equipo australiano eligió otra vía: aplicó un procedimiento que no partió de una figura esperada del agujero negro y que buscó reducir las distorsiones introducidas por los instrumentos y la atmósfera terrestre.
Cómo funciona el nuevo método con inteligencia artificial
La técnica, denominada GenDIReCT, combina herramientas matemáticas, aprendizaje automático e inteligencia artificial. A diferencia de los métodos que comparan pares de mediciones entre radiotelescopios, utiliza combinaciones de tres señales para cancelar determinados errores de fase y calibración.
“Cuando lo aplicamos al conjunto de datos original del Telescopio del Horizonte de Sucesos, encontramos un agujero negro casi idéntico en tamaño y forma a la imagen histórica del EHT. Es importante destacar que nuestro modelo no tenía ni idea de cómo era un agujero negro cuando lo aplicamos a los datos de M87”, explicó el astrónomo Samuel Lai, autor principal del estudio.
Por su parte, Nithyanandan Thyagarajan, líder del proyecto, detalló las dificultades que presenta el procesamiento de las mediciones y las características del nuevo procedimiento.
“Crear una imagen de esta manera es complicado y puede introducir errores y sesgos que podrían generar dudas sobre la precisión de la imagen. Nuestra técnica combina tripletes en lugar de los pares estándar de datos del telescopio para eliminar esos errores”, señaló Thyagarajan.
El investigador aprovechó conocimientos desarrollados en experimentos de sincrotrón, instalaciones que producen radiación para estudiar materiales y estructuras microscópicas. En esos trabajos también resulta necesario distinguir la información del objeto observado de las distorsiones del sistema de medición.
Al analizar nuevamente los datos originales de M87*, GenDIReCT produjo un anillo de tamaño y geometría muy próximos a los de la reconstrucción publicada en 2019. El resultado mostró que la estructura central también aparece cuando los especialistas utilizan una metodología diferente para procesar la información.
El director de la colaboración EHT, Laurent Loinard, destacó la coincidencia: «Resulta sumamente gratificante comprobar que GenDIReCT, un método elegante y totalmente independiente, reproduce la estructura anular de M87* a lo largo de varios años, con una excelente concordancia con los resultados publicados por la Colaboración EHT. Estudios como este refuerzan nuestra confianza en lo que hemos aprendido sobre los agujeros negros y enriquecen el conjunto de herramientas disponibles para toda la comunidad».
Qué muestra la primera imagen de un agujero negro
M87* se encuentra en el centro de la galaxia Messier 87, a unos 55 millones de años luz de la Tierra, y posee una masa equivalente a miles de millones de soles. Su enorme distancia hace que ocupe una región diminuta del cielo, lo que impide obtener una imagen de ese objeto mediante un solo radiotelescopio.
Para superar esa dificultad, el EHT conecta instrumentos distribuidos por el planeta mediante interferometría de muy larga base. Las señales registradas en un mismo intervalo de tiempo se combinan para formar un observatorio virtual con una apertura comparable al diámetro terrestre.
El anillo que aparece en la imagen corresponde a emisiones de radio producidas por materia caliente que se encuentra bajo la influencia gravitatoria del agujero negro. La zona oscura central se relaciona con la sombra generada por esa gravedad extrema. No se trata de un borde sólido ni de una superficie material.
La nueva reconstrucción no cierra el estudio de M87*. Los investigadores buscan avanzar en las mediciones sobre el movimiento del gas, los campos magnéticos y el chorro de partículas que emerge del centro de la galaxia.
Además, Thyagarajan señaló que GenDIReCT podría utilizarse para mejorar imágenes médicas y mapas de terremotos, donde las señales incompletas también dificultan las reconstrucciones.
