Novedades sobre el Event Horizon Telescope y los Agujeros Negros Supermasivos

[sfellero]

Muy buen material Albert, creo que al fin estoy empeazando a entender algo de este tema.

 

Gracias!

[AlbertR]

"Propiedades multilongitud de onda de banda ancha de M87 durante la campaña Event Horizon Telescope 2017". Este es el título de un artículo recién publicado en The Astrophysical Journal Letters en el que aparece esta imagen que a mi me parece espectacular:

 

 

Son imágenes de M87 en todas las longitudes de onda, desde ondas de radio λ=100 metros, hasta rayos gamma λ=1E-20 metros.

 

La inmensa atracción gravitacional de un agujero negro supermasivo puede impulsar chorros de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz a través de grandes distancias. Los chorros de M87 producen "luz" que abarca todo el espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta luz visible y rayos gamma. Este patrón es diferente para cada agujero negro. La identificación de este patrón brinda información crucial sobre las propiedades de un agujero negro, por ejemplo, su giro y producción de energía, pero es un desafío porque el patrón cambia con el tiempo.

Los científicos compensaron esta variabilidad coordinando observaciones con muchos de los telescopios más poderosos del mundo en tierra y en el espacio, recolectando "luz" de todo el espectro. Estas observaciones de 2017 fueron la campaña de observación simultánea más grande jamás realizada en un agujero negro supermasivo con jets.

 

Tres observatorios participaron en la campaña histórica: el Submillimeter Array (SMA) en Hilo, Hawaii; el Observatorio espacial de rayos X Chandra; y el Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) en el sur de Arizona.

 

Comenzando con la imagen ahora icónica del EHT de M87, un nuevo vídeo lleva a los espectadores a un viaje a través de los datos de cada telescopio. Cada cuadro consecutivo muestra datos en muchos factores de diez en escala, tanto de longitud de onda de luz como de tamaño físico.

 

La secuencia comienza con la imagen de abril de 2019 del agujero negro. Luego se mueve a través de imágenes de otros conjuntos de radiotelescopios de todo el mundo (SMA), moviéndose hacia afuera en el campo de visión durante cada paso. A continuación, la vista cambia a telescopios que detectan luz visible, luz ultravioleta y rayos X (Chandra). La pantalla se divide para mostrar cómo estas imágenes, que cubren la misma cantidad de cielo al mismo tiempo, se comparan entre sí. La secuencia termina mostrando lo que los telescopios de rayos gamma en el suelo (VERITAS), y Fermi en el espacio, detectan desde este agujero negro y su chorro.

 

 

Cada telescopio ofrece información diferente sobre el comportamiento y el impacto del agujero negro de 6500 millones de masas solares en el centro de M87, que se encuentra a unos 55 millones de años luz de la Tierra. Los datos fueron recopilados por un equipo de 760 científicos e ingenieros de casi 200 instituciones, que abarcan 32 países o regiones, y utilizan observatorios financiados por agencias e instituciones de todo el mundo. Las observaciones se concentraron desde finales de marzo hasta mediados de abril de 2017.

 

La combinación de datos de estos telescopios y las observaciones actuales (y futuras) de EHT permitirán a los científicos llevar a cabo importantes líneas de investigación en algunos de los campos de estudio más importantes y desafiantes de la astrofísica. Por ejemplo, los científicos planean utilizar estos datos para mejorar las pruebas de la teoría de la relatividad general de Einstein.

 

Y una noticia importante:

 

La publicación de este nuevo tesoro de datos coincide con la campaña de observación de 2021 del EHT, que aprovecha una gama mundial de antenas de radio, la primera desde 2018. La campaña del año pasado 2020 se canceló debido a la pandemia de COVID-19, y el año anterior 2019 se suspendió debido a problemas técnicos imprevistos. Esta misma semana, durante seis noches, los astrónomos del EHT apuntan a varios agujeros negros supermasivos: el de M87 nuevamente, el de nuestra galaxia Sagitario A *, y varios agujeros negros más distantes. En comparación con 2017, la matriz se ha mejorado al agregar tres radiotelescopios más: el Telescopio de Groenlandia, el Telescopio Kitt Peak de 12 metros en Arizona y el Sistema Milimétrico Extendido NOrthern (NOEMA) en Francia.

 

El documento científico es Broadband Multi-wavelength Properties of M87 during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign, observad que permite descargar el PDF gratis.

 

Saludos.

[AlbertR]

En 23/9/2019 a las 11:11, AlbertR dijo:

(**) "Nuestra propia Vía Láctea es sede de un agujero negro supermasivo Sgr A* que evoluciona intensamente en el transcurso de una sola noche. Estamos desarrollando nuevos métodos, que incorporan ideas emergentes del aprendizaje automático y la imagen computacional, para hacer las primeras películas de la espiral de gas en movimiento que rodea el horizonte de sucesos", dice la Dra. Katie Bouman

 

(**) Entiendo que este debe ser el motivo por el cual EHT ha podido publicar la imagen de M87* y no ha publicado una de Sgr A*: el intento de foto de Sgr A* le está saliendo “movida”

M87* tiene una masa de 6000 millones de masas solares, es por lo tanto muy grande y cerca de su horizonte de sucesos las cosas pasan aun lo suficientemente despacio como para que a lo largo de varios días de observación los datos correspondan prácticamente a la misma silueta del entorno de horizonte de sucesos, por ello las observaciones se pueden “sumar” y reforzar, pues corresponden a prácticamente la misma imagen "quieta"

 

En cambio, Sgr A* tiene solo 4 millones de masas solares, por lo que es mucho más pequeño y su entorno se mueve tan deprisa, que las observaciones de un día, (que no son suficientes para generar una imagen) no se pueden componer fácilmente con las imágenes del día siguiente, ya que el entorno "se ha movido”...

 

¿Habrán conseguido finalmente "neutralizar" la "borrosidad" que producían en las imágenes los cambios rápidos en el entorno de SgrA*? Es posible que lo sepamos el próximo 12 de mayo:

Asunto: EHT anunciará resultados innovadores sobre el centro de nuestra galaxia. La Fundación Nacional de Ciencias de EEUU conjuntamente con Event Horizon Telescope Collaboration realizará una conferencia de prensa para anunciar un descubrimiento innovador en la Vía Láctea.

Lugar: The National Press Club, 529 14th St NW, Washington, DC, 20045. El evento también se transmitirá en vivo en línea.

Quién: Inicialmente la Directora de Operaciones de NSF, Karen Marrongelle, pronunciará un discurso de apertura. A continuación un panel de investigadores del Event Horizon Telescope, o EHT, presentará sus hallazgos y responderá a las preguntas de los medios:

• Katherine (Katie) L. Bouman, profesora asistente de Computación y Ciencias Matemáticas, Ingeniería Eléctrica y Astronomía en Caltech
• Vincent Fish, científico investigador del Observatorio Haystack del MIT
• Michael Johnson, astrofísico del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian
• Feryal Özel, profesor de astronomía y física en la Universidad de Arizona

Cuándo: jueves 12 de mayo de 2022 a las 13:00 TU.

Seguiremos atentos, saludos.

 

Editado 30 de Abril del 2022 por AlbertR

[AlbertR]

¡¡Ya tenemos la imagen del EHT del agujero negro del centro de la Vía Láctea!!

 

 

Información en Astronomers reveal first image of the black hole at the heart of our galaxy

 

Este logro fue considerablemente más difícil que para M87*, aunque Sgr A* está mucho más cerca de nosotros. El científico de EHT Chi-kwan ('CK') Chan, explica: “El gas en las cercanías de los agujeros negros se mueve prácticamente a la misma velocidad: casi tan rápido como la luz, tanto alrededor de Sgr A* como de M87*. Pero mientras el gas tarda de días a semanas en orbitar el más grande M87*, en el mucho más pequeño Sgr A* completa una órbita en apenas minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, es un poco como tratar de tomar una imagen clara de un cachorro persiguiéndose rápidamente la cola”.

 

Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas herramientas sofisticadas que explicaran el movimiento de gas alrededor de Sgr A*. Si bien M87* era un objetivo más fácil y estable, con casi todas las imágenes con el mismo aspecto, ese no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que extrajo el equipo, revelando finalmente al gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

 

Para superar los desafíos de obtener imágenes de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años, usando supercomputadoras para combinar y analizar sus datos, mientras compilaba una biblioteca sin precedentes de agujeros negros simulados para compararlos con las observaciones.

Los científicos están particularmente emocionados de tener finalmente imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de comprender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre cómo se comporta el gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende por completo, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias.

 

 

La Colaboración Event Horizon Telescope (EHT) ha creado una sola imagen (marco superior) del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, llamado Sagittarius A* (o Sgr A* para abreviar), mediante la combinación de imágenes extraídas de las observaciones del EHT .

 

La imagen principal se produjo promediando miles de imágenes creadas utilizando diferentes métodos computacionales, todos los cuales se ajustan con precisión a los datos de EHT. Esta imagen promediada conserva las características que se ven con más frecuencia en las imágenes variadas y suprime las características que aparecen con poca frecuencia.

 

Las imágenes también se pueden agrupar en cuatro grupos en función de características similares. En la fila inferior se muestra una imagen representativa promediada para cada uno de los cuatro grupos. Tres de los cúmulos muestran una estructura de anillo pero con diferente brillo distribuido alrededor del anillo. El cuarto grupo contiene imágenes que también se ajustan a los datos pero que no parecen anillos.

 

Los gráficos de barras muestran el número relativo de imágenes que pertenecen a cada grupo. Miles de imágenes cayeron en cada uno de los primeros tres grupos, mientras que el cuarto y más pequeño grupo contiene solo cientos de imágenes. Las alturas de las barras indican los "pesos" relativos o las contribuciones de cada grupo a la imagen promediada en la parte superior.

 

 

 

Saludos.

 

Editado 12 de Mayo del 2022 por AlbertR

[AlbertR]

Los estudios científicos (10 en total) sobre la obtención de las imágenes de Sgr A* por parte del EHT acaban de ser publicados en The Astrophysical Journal Letters, este es el enlace para acceder a ellos, son gratis: Focus on First Sgr A* Results from the Event Horizon Telescope

 

Saludos.

[Roberto W]

¡Buenísimos los videos! Muy bien explicados.

Gracias por compartirlos.

 

Saludos y buenos cielos, Roberto.

[AlbertR]

Publicado ayer en The Astronomical Journal Letters el artículo titulado The Image of the M87 Black Hole Reconstructed with PRIMO en el que se lee en el abstract:

 

Presentamos una nueva reconstrucción de la imagen del Event Horizon Telescope (EHT) del agujero negro M87 con el conjunto de datos de 2017. Usamos PRIMO, un novedoso algoritmo basado en el "aprendizaje de diccionario" que usa simulaciones de alta fidelidad de agujeros negros en acreción como un conjunto de entrenamiento-aprendizaje. Al aprender las correlaciones entre las diferentes regiones del espacio de datos interferométricos, este enfoque nos permite recuperar imágenes de alta fidelidad incluso en presencia de cobertura escasa y alcanzar la resolución nominal de la matriz EHT. La imagen del agujero negro comprende un delgado anillo brillante con un diámetro de 41,5 ± 0,6 μas y un ancho fraccional que es al menos un factor de 2 más pequeño que el publicado anteriormente. Esta mejora tiene implicaciones importantes para medir la masa del agujero negro central en M87 según las imágenes EHT.

 

Figura 1.  (Izquierda) Imagen EHT del agujero negro en el centro de M87 basada en datos de 2017, según lo informado en Event Horizon Telescope Collaboration en 2019. (Centro) Resultado de reconstruir la imagen aplicando PRIMO al mismo conjunto de datos. (Derecha) La imagen PRIMO borrosa a la resolución de la matriz EHT. El diámetro del anillo de emisión, la asimetría de brillo norte-sur y la depresión de brillo central están presentes en todas las imágenes. La imagen PRIMO ofrece una utilización superior de la resolución y el rango dinámico de la matriz EHT

 

Dice la autora principal, Lia Medeiros, "con nuestra nueva técnica de aprendizaje automático, PRIMO, pudimos lograr la resolución máxima de la matriz actual. Dado que no podemos estudiar los agujeros negros de cerca, el detalle de una imagen juega un papel fundamental en nuestra capacidad para comprender su comportamiento. El ancho del anillo en la imagen ahora es más pequeño por un factor de dos, lo que será una poderosa restricción para nuestros modelos teóricos y pruebas de gravedad"

 

PRIMO se basa en una rama del aprendizaje automático conocida como "aprendizaje de diccionario", que enseña a las computadoras ciertas reglas exponiéndolas a miles de ejemplos. El poder de este tipo de aprendizaje automático se ha demostrado de muchas maneras, desde crear obras de arte de estilo renacentista hasta completar la obra inacabada de Beethoven. Al aplicar PRIMO a la imagen EHT de Messier 87, las computadoras analizaron más de 30000 imágenes simuladas de alta fidelidad de gas que se acumula en un agujero negro para buscar patrones comunes en las imágenes. A continuación, los resultados se combinaron para proporcionar una representación muy precisa de las observaciones del EHT y, al mismo tiempo, proporcionar una estimación de alta fidelidad de la estructura faltante de la imagen. Un artículo relacionado con el algoritmo en sí se publicó anteriormente en The Astrophysical Journal el 3 de febrero de 2023: Principal-Component Interferometric Modeling (PRIMO), an Algorithm for EHT Data I: Reconstructing Images from Simulated EHT Observations.

 

PRIMO es un nuevo enfoque para la difícil tarea de construir imágenes a partir de observaciones de EHT. Proporciona una forma de compensar la información faltante sobre el objeto que se observa, que se requiere para generar la imagen que se habría visto utilizando un único radiotelescopio gigantesco del tamaño de la Tierra.

 

El equipo confirmó que la imagen recién renderizada es consistente con los datos de EHT y con las expectativas teóricas, incluido el anillo brillante de emisión que se espera que produzca el gas caliente que cae en el agujero negro.

 

La nueva imagen debería conducir a determinaciones más precisas de la masa del agujero negro Messier 87 y los parámetros físicos que determinan su apariencia actual. Los datos también brindan una oportunidad para que los investigadores establezcan mayores restricciones en las alternativas al horizonte de sucesos (basado en la depresión de brillo central más oscura) y realicen pruebas de gravedad más sólidas (basadas en el tamaño de anillo más estrecho). PRIMO también se podrá aplicar a observaciones adicionales de EHT, incluidas las de Sagittarius A*, el agujero negro central en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

 

La imagen de 2019 fue solo el comienzo”, dijo Medeiros. “Si una imagen vale más que mil palabras, los datos que subyacen a esa imagen tienen muchas más historias que contar. PRIMO seguirá siendo una herramienta fundamental para extraer tales conocimientos”

 

El artículo de divulgación en la web de la National Science Fundation es: A Sharper Look at the First Image of a Black Hole. Machine learning reconstructs new image of Messier 87 from Event Horizon Telescope data.

 

Saludos.

[AlbertR]

ATENCIÓN: Descubren que ¡el jet de M87* se mueve y bastante deprisa! En posts anteriores hemos hablado del jet que emite el agujero negro supermasivo M87*

 

En 4/15/2021 a las 1:36 PM, AlbertR dijo:

 

Son imágenes de M87 en todas las longitudes de onda, desde ondas de radio λ=100 metros, hasta rayos gamma λ=1E-20 metros...

 

...Comenzando con la imagen ahora icónica del EHT de M87, un nuevo vídeo lleva a los espectadores a un viaje a través de los datos de cada telescopio. Cada cuadro consecutivo muestra datos en muchos factores de diez en escala, tanto de longitud de onda de luz como de tamaño físico.

 

La secuencia comienza con la imagen de abril de 2019 del agujero negro. Luego se mueve a través de imágenes de otros conjuntos de radiotelescopios de todo el mundo (SMA), moviéndose hacia afuera en el campo de visión durante cada paso. A continuación, la vista cambia a telescopios que detectan luz visible, luz ultravioleta y rayos X (Chandra). La pantalla se divide para mostrar cómo estas imágenes, que cubren la misma cantidad de cielo al mismo tiempo, se comparan entre sí. La secuencia termina mostrando lo que los telescopios de rayos gamma en el suelo (VERITAS), y Fermi en el espacio, detectan desde este agujero negro y su chorro.

 

Pues según publica la prestigiosa revista Nature, observaciones mediante radiotelescopios realizadas a lo largo de los últimos 20 años demuestran que el jet sufre una precesión de unos ~9º grados de amplitud con un período de unos ~11 años.

 

Panel superior: Estructura del chorro de M87 a 43 GHz observado entre 2013 y 2018. Las flechas blancas indican el ángulo de posición del chorro.
Panel inferior: Mejores resultados de ajuste basados en las imágenes obtenidas desde el 2000 hasta el 2022. Los puntos verdes y azules se obtienen a partir de observaciones a 22 GHz y 43 GHz, respectivamente. La línea roja representa el mejor ajuste según el modelo de precesión. Crédito: Yuzhu Cui et al. 2023

 

Representación esquemática del modelo de disco de acreción inclinado. Se asume que el eje de giro del agujero negro es vertical. La dirección del chorro es casi perpendicular al disco. La desalineación entre el eje de giro del agujero negro y el eje de rotación del disco provoca la precesión del disco y del chorro. Crédito: Yuzhu Cui et al. 2023, Intouchable Lab@Openverse y Zhejiang Lab
 

Dice el abstract del artículo de Nature:

La cercana radiogalaxia M87 ofrece una oportunidad única para explorar las conexiones entre el agujero negro supermasivo central y los chorros relativistas. Estudios previos de la región interior de M87 revelaron un amplio ángulo de apertura para el chorro que se origina cerca del agujero negro. El Event Horizon Telescope resolvió la fuente de radio central y encontró una estructura de anillo asimétrica consistente con las expectativas de la relatividad general. Con una base de 17 años de observaciones, hubo un cambio en la posición transversal del chorro, posiblemente debido a una cuasiperiodicidad de 8 a 10 años. Sin embargo, el origen de este desplazamiento lateral sigue sin estar claro. Aquí presentamos un análisis de observaciones de radio durante 22 años que sugiere un período de aproximadamente 11 años para la variación en el ángulo de posición del chorro. Inferimos que estamos viendo un agujero negro giratorio que induce la precesión Lense-Thirring de un disco de acreción desalineado. Una precesión de chorros similar puede ocurrir comúnmente en otros núcleos galácticos activos, pero ha sido difícil de detectar debido a la pequeña magnitud y el largo período de variación.

El enlace es: Precessing jet nozzle connecting to a spinning black hole in M87

Saludos.

 

Editado 2 de Octubre del 2023 por AlbertR