Científicos confirman con IA la primera observación de un agujero negro

La primera imagen directa de un agujero negro supermasivo superó una nueva prueba independiente. Un grupo de cuatro investigadores de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Mancomunidad de Australia (CSIRO) revisó las mediciones que permitieron reconstruir la célebre imagen de M87* y recuperó la misma figura central: un anillo brillante alrededor de una región oscura.

El resultado, publicado en la revista Nature el 11 de noviembre, refuerza la interpretación de que aquella forma no surgió como consecuencia de una decisión técnica durante el procesamiento de los datos.

La novedad adquiere relevancia por una razón de fondo. La imagen divulgada en 2019 por la colaboración Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) no fue una fotografía convencional.

Ningún instrumento puede enfocar de modo directo un objeto tan lejano y compacto con una antena única. La imagen nació a partir de señales de radio recogidas por observatorios de varios continentes, más cálculos capaces de reconstruir una fuente cuya escala aparente resulta extrema.

El nuevo trabajo no intentó repetir el método original ni partió de una referencia visual sobre el aspecto esperado de un agujero negro. Sus autores aplicaron un procedimiento distinto, diseñado para separar la estructura astronómica de errores de calibración, fluctuaciones atmosféricas y sesgos que pueden aparecer cuando faltan mediciones en partes de la red de telescopios.

El resultado coincidió con la silueta general que sorprendió al mundo hace siete años.

“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 de CSIRO Samuel Lai, autor principal del estudio.

La coincidencia no elimina la necesidad de revisar cada vez mejor las técnicas de observación, pero aporta una respuesta a una crítica relevante. Algunos investigadores cuestionaron si el anillo visto en 2019 reflejaba el objeto real o si respondía, al menos en parte, a la forma elegida para convertir datos incompletos en una imagen. El nuevo análisis ofrece una vía separada para evaluar ese interrogante.

Una red planetaria para resolver una sombra remota

M87* ocupa el núcleo de la galaxia Messier 87, ubicada a unos 55 millones de años luz de la Tierra. Su masa equivale a miles de millones de soles, pero su distancia vuelve minúscula el área que ocupa en el cielo. Para ilustrar esa dificultad, Lai recurrió a una comparación cotidiana: “Es como estar en el patio de tu casa e intentar fotografiar una rosquilla en la luna”, dijo.

La solución del EHT consiste en conectar radiotelescopios instalados en puntos muy alejados entre sí. Cada uno registra ondas de radio procedentes del centro de M87 en el mismo intervalo temporal. Luego, los equipos combinan esas señales mediante una técnica conocida como interferometría de muy larga base. El conjunto funciona como un observatorio virtual con una apertura comparable al diámetro terrestre, aunque ningún plato individual alcanza esas dimensiones.

El principio permite obtener una resolución extraordinaria, pero presenta un costo: la red no mide todos los puntos necesarios para construir una imagen completa.

Las estaciones dependen de su ubicación geográfica, del clima y de la disponibilidad de instrumentos. Por eso, los especialistas deben reconstruir información entre las mediciones disponibles con modelos físicos, herramientas estadísticas y algoritmos de procesamiento.

La primera imagen del EHT mostró un aro luminoso de emisión de radio, con una zona central oscura. La teoría de la relatividad general, formulada por Albert Einstein, anticipó que un agujero negro altera de modo extremo la trayectoria de la luz en su entorno. El gas caliente que gira cerca de ese límite puede brillar en radio, mientras la gravedad crea una sombra que resalta contra ese material.

La forma del anillo y sus dimensiones coincidieron con las previsiones para un agujero negro de la masa estimada en M87. Sin embargo, el proceso de reconstrucción abrió un debate metodológico. En 2022, el astrofísico japonés Junichiro Makino y sus colegas aplicaron uno de los enfoques usados por el EHT, aunque cambiaron algunos supuestos. Su resultado no mostró un anillo definido, sino una mancha de emisiones de radio.

Esa diferencia no invalidó por sí sola la imagen original, pero señaló una limitación conocida en la radioastronomía: distintas elecciones computacionales pueden producir reconstrucciones visuales diferentes cuando los datos son escasos. La cuestión exigía un método que atacara el problema desde otra base y redujera la influencia de errores instrumentales antes de decidir qué forma aparece en el cielo.

El equipo australiano centró su propuesta en ese punto. En vez de trabajar con los pares de mediciones que suelen compararse entre estaciones de radio, la técnica utiliza combinaciones de tres señales. Esa modificación permite cancelar ciertos errores de fase y calibración que afectan a los instrumentos y a la atmósfera terrestre.

“Para obtener imágenes de ciertos objetos astronómicos, como agujeros negros distantes, necesitamos telescopios muy grandes, lo cual no es factible en la práctica. Por eso, grupos como la Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos conectan telescopios de todo el mundo para simular un telescopio del tamaño del planeta, una técnica llamada interferometría de muy larga base”, explicó Nithyanandan Thyagarajan, líder del proyecto.

Los tripletes de datos reducen sesgos en la reconstrucción

La propuesta recibió el nombre de GenDIReCT y combina herramientas matemáticas con aprendizaje automático e inteligencia artificial. Su objetivo no consiste en imponer una figura previa a las mediciones, sino en extraer la información común que permanece tras quitar los efectos ajenos a la fuente astronómica. Esa independencia metodológica representa el principal aporte del trabajo.

Thyagarajan trasladó conocimientos de problemas similares en experimentos de sincrotrón, instalaciones que producen radiación para estudiar materiales y estructuras microscópicas. Allí también resulta necesario distinguir la señal que interesa de las distorsiones introducidas por el equipo de medición. El desafío cambió de escala, pero la lógica fue comparable: identificar qué información conserva relación con el objeto observado y cuál pertenece al camino que siguió la señal hasta el detector.

“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.

Tras aplicar GenDIReCT a las observaciones originales de M87*, el equipo recuperó un anillo con tamaño y geometría muy próximos a los difundidos por el EHT. El hallazgo sostiene que la estructura no dependió de un único programa de reconstrucción ni de una serie específica de decisiones humanas. También indica que la región oscura central resiste un examen que partió de un enfoque independiente.

El director de la colaboración EHT, Laurent Loinard, valoró la utilidad de este tipo de contrastes. «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», declaró Loinard.

La mención a varios años apunta a otro aspecto relevante. Una imagen científica gana solidez cuando métodos diferentes identifican el mismo patrón en observaciones tomadas en distintos momentos.

En el caso de M87*, el anillo no constituye un objeto sólido ni un borde material. Describe la luz emitida por materia muy caliente bajo la influencia gravitatoria del agujero negro. Su aspecto puede cambiar, pero la escala principal y la sombra asociada responden a propiedades físicas estables.

La validación tampoco implica que la investigación sobre M87* quede cerrada. Los astrónomos buscan medir con mayor precisión la dinámica del gas, la orientación de los campos magnéticos y la relación entre el agujero negro y el chorro de partículas que sale desde el centro de la galaxia.

Cada mejora en la red de radiotelescopios y en los algoritmos puede sumar detalles a una región que aún aparece borrosa incluso con el poder de resolución del EHT.

El alcance de GenDIReCT puede ir más allá de la astronomía. Thyagarajan señaló que el método tiene potencial para elevar la calidad de imágenes médicas y de mapas de terremotos, ámbitos donde las mediciones incompletas y el ruido también dificultan la reconstrucción de fenómenos que no pueden observarse de manera directa.