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El aprendizaje automático mejora la imagen del agujero negro M87

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El aprendizaje automático mejora la imagen del agujero negro M87

Nueva imagen del agujero negro supermasivo M87 generada por el algoritmo PRIMO a partir de datos EHT de 2017. Crédito: Medeiros et al. 2023

El aprendizaje automático reconstruye una nueva imagen a partir de los datos de EHT.

La imagen del M87[{» attribute=»»>black hole has been enhanced using a machine learning technique called PRIMO, providing a more accurate representation and allowing for improved determinations of its mass and physical parameters.

The iconic image of the supermassive black hole at the center of M87—sometimes referred to as the “fuzzy, orange donut”—has gotten its first official makeover with the help of machine learning. The new image further exposes a central region that is larger and darker, surrounded by the bright accreting gas shaped like a “skinny donut.” The team used the data obtained by the Event Horizon Telescope (EHT) collaboration in 2017 and achieved, for the first time, the full resolution of the array.

In 2017, the EHT collaboration used a network of seven pre-existing telescopes around the world to gather data on M87, creating an “Earth-sized telescope.” However, since it is infeasible to cover the Earth’s entire surface with telescopes, gaps arise in the data—like missing pieces in a jigsaw puzzle.

M87 Black Hole Comparison

M87 supermassive black hole originally imaged by the EHT collaboration in 2019 (left); and new image generated by the PRIMO algorithm using the same data set (right). Credit: Medeiros et al. 2023

“With our new machine learning technique, PRIMO, we were able to achieve the maximum resolution of the current array,” says lead author Lia Medeiros of the Institute for Advanced Study. “Since we cannot study black holes up close, the detail of an image plays a critical role in our ability to understand its behavior. The width of the ring in the image is now smaller by about a factor of two, which will be a powerful constraint for our theoretical models and tests of gravity.”

PRIMO, which stands for principal-component interferometric modeling, was developed by EHT members Lia Medeiros (Institute for Advanced Study), Dimitrios Psaltis (Georgia Tech), Tod Lauer (NOIRLab), and Feryal Özel (Georgia Tech). Their publication, “The Image of the M87 Black Hole Reconstructed with PRIMO,” was published today (April 13) in The Astrophysical Journal Letters.

“PRIMO is a new approach to the difficult task of constructing images from EHT observations,” said Lauer. “It provides a way to compensate for the missing information about the object being observed, which is required to generate the image that would have been seen using a single gigantic radio telescope the size of the Earth.”

Animated M87 Black Hole Comparison

Animation fades from M87 black hole image, first produced by the EHT collaboration in 2019, to the new image generated by the PRIMO algorithm using the same data set. Credit: Medeiros et al. 2023

PRIMO relies on dictionary learning, a branch of machine learning which enables computers to generate rules based on large sets of training material. For example, if a computer is fed a series of different banana images—with sufficient training—it may be able to determine if an unknown image is or is not a banana. Beyond this simple case, the versatility of machine learning has been demonstrated in numerous ways: from creating Renaissance-style works of art to completing the unfinished work of Beethoven. So how might machines help scientists to render a black hole image? The research team has answered this very question.

With PRIMO, computers analyzed over 30,000 high-fidelity simulated images of black holes accreting gas. The ensemble of simulations covered a wide range of models for how the black hole accretes matter, looking for common patterns in the structure of the images. The various patterns of structure were sorted by how commonly they occurred in the simulations, and were then blended to provide a highly accurate representation of the EHT observations, simultaneously providing a high fidelity estimate of the missing structure of the images. A paper pertaining to the algorithm itself was published in The Astrophysical Journal on February 3, 2023.

“We are using physics to fill in regions of missing data in a way that has never been done before by using machine learning,” added Medeiros. “This could have important implications for interferometry, which plays a role in fields from exo-planets to medicine.”


Descripción general de las simulaciones generadas para el conjunto de entrenamiento del algoritmo PRIMO. Crédito: Medeiros et al. 2023

El equipo confirmó que la imagen recién renderizada es consistente con los datos de EHT y con las expectativas teóricas, incluido el anillo de emisión brillante que debería producir el gas caliente que cae en el agujero negro. La generación de una imagen requería asumir una forma apropiada de la información que faltaba, y PRIMO hizo esto basándose en el descubrimiento de 2019 de que el agujero negro M87 en gran detalle se veía como se esperaba.

“Aproximadamente cuatro años después de que EHT revelara la primera imagen en escala de horizonte de un agujero negro en 2019, hemos dado otro paso adelante al producir una imagen que por primera vez utiliza la resolución completa de la red”, dijo Psaltis. «Las nuevas técnicas de aprendizaje automático que hemos desarrollado brindan una oportunidad de oro para que nuestro trabajo colectivo comprenda la física de los agujeros negros».

La nueva imagen debería conducir a determinaciones más precisas de la masa del agujero negro M87 y los parámetros físicos que determinan su apariencia actual. Los datos también ofrecen a los investigadores la capacidad de imponer mayores restricciones en las alternativas del horizonte de eventos (basadas en la depresión de luminosidad central más oscura) y realizar pruebas de gravedad más sólidas (basadas en el tamaño más estrecho del anillo). PRIMO también se puede aplicar a otras observaciones de EHT, incluidas las de Sgr A*, el agujero negro central de nuestro propio[{» attribute=»»>Milky Way galaxy.

M87 is a massive, relatively nearby, galaxy in the Virgo cluster of galaxies. Over a century ago, a mysterious jet of hot plasma was observed to emanate from its center. Beginning in the 1950s, the then new technique of radio astronomy showed the galaxy to have a compact bright radio source at its center. During the 1960s, M87 had been suspected to have a massive black hole at its center powering this activity. Measurements made from ground-based telescopes starting in the 1970s, and later the Hubble Space Telescope starting in the 1990s, provided strong support that M87 indeed harbored a black hole weighing several billion times the mass of the Sun based on observations of the high velocities of stars and gas orbiting its center. The 2017 EHT observations of M87 were obtained over several days from several different radio telescopes linked together at the same time to obtain the highest possible resolution. The now iconic “orange donut” picture of the M87 black hole, released in 2019, reflected the first attempt to produce an image from these observations.

“The 2019 image was just the beginning,” stated Medeiros. “If a picture is worth a thousand words, the data underlying that image have many more stories to tell. PRIMO will continue to be a critical tool in extracting such insights.”

Reference: “The Image of the M87 Black Hole Reconstructed with PRIMO” by Lia Medeiros, Dimitrios Psaltis, Tod R. Lauer and Feryal Özel3, 13 April 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/acc32d

Development of the PRIMO algorithm was enabled through the support of the National Science Foundation Astronomy and Astrophysics Postdoctoral Fellowship.

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¿Cuándo despegarán los astronautas?

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¿Cuándo despegarán los astronautas?
  • La tripulación de Polaris Dawn intentará alcanzar alturas mayores que las alcanzadas por los humanos desde el programa Apolo de la NASA en la década de 1970 y también realizará la primera caminata espacial comercial.
  • El cohete Falcon 9 que transporta al Dragón está programado para despegar entre las 3:38 a.m. y las 7:09 a.m. ET del miércoles desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida.
  • «Falcon y Dragon permanecen sanos y la tripulación continúa lista para su misión de varios días a la órbita terrestre baja», dijo SpacX en las redes sociales.

Una cápsula de SpaceX que transporta a cuatro astronautas comerciales que esperan realizar una caminata espacial pionera no se lanzará hasta al menos el miércoles por la mañana.

La misión Polaris Dawn, un ambicioso viaje de cinco días a las regiones superiores de la órbita de la Tierra, estaba programada para despegar el martes antes de que una fuga de helio detectada obligara a posponerla, dijo SpaceX. dijo el lunes por la tarde en el sitio de redes sociales X.

Cuando la tripulación se lance a bordo de un SpaceX Dragon, será el segundo viaje al espacio para empresario multimillonario Jared Isaacman, quien financió la misión con la empresa de Elon Musk. Isaacman se aventuró previamente en órbita en 2021 a bordo de Inspiration4, la misión que se convirtió en el primer vuelo espacial orbital privado de la historia.

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un raro fósil ha proporcionado información sobre lo que fue un día excepcionalmente desafortunado para una vaca marina prehistórica.

La especie ahora extinta de dugongo, un mamífero marino parecido al manatí, nadaba en el mar hace unos 15 millones de años cuando fue atacada por dos animales: un cocodrilo y un tiburón tigre. Este último dejó uno de sus dientes empalado en el cuerpo de la vaca marina.

Al analizar el fósil descubierto en Venezuela, los investigadores pudieron comprender cómo murió la vaca marina, que pertenecía a un grupo de animales extintos conocido como Culebrtherium.

Su estudiarpublicado el jueves en el Journal of Vertebrate Paleontology, captura un momento en el tiempo que ofrece una visión única del funcionamiento de la cadena alimentaria durante la época del Mioceno temprano y medio, hace entre 11,6 y 23 millones de años.

«Es extremadamente raro encontrar rastros de dos depredadores en un solo espécimen», dijo Aldo Benites-Palomino, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el departamento de paleontología de la Universidad de Zurich, Suiza. “Esto muestra por qué deberíamos explorar fósiles en regiones tropicales como Venezuela. »

Los restos fosilizados (un cráneo parcial y 13 vértebras o columna vertebral) revelaron tres tipos de marcas de mordeduras. Su forma, profundidad y orientación sugerían que fueron creados por dos depredadores: un cocodrilo de tamaño pequeño a mediano y un tiburón tigre.

Según el estudio, la criatura parecida a un cocodrilo atacó primero, con los dientes enterrados profundamente en el hocico de la vaca marina, lo que sugiere que intentó agarrar esa parte de la cara del dugongo para asfixiarlo. Otras dos grandes incisiones curvas indican que el cocodrilo arrastró a la vaca marina, desgarrando su carne.

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Las rayas y cortes en el fósil sugieren que el cocodrilo realizó una «vuelta mortal», un comportamiento giratorio para someter a su presa que también se observa en las especies de cocodrilos existentes.

«Este tipo de marca sólo se produce al morder, en el que se realizan acciones posteriores de rasgar, rodar o agarrar», señalaron los autores del estudio.

Luego, el rinoceronte fue destrozado por un tiburón tigre, que tiene dientes estrechos y no dentados. Puede ser difícil diferenciar entre depredación activa y marcas de carroñero, pero según el estudio, las marcas de mordeduras en todo el cuerpo del rinoceronte y su distribución irregular, así como la variación en profundidad, sugirieron a los investigadores que este era el comportamiento de un carroñero. como un tiburón tigre.

Los científicos confirmaron la identidad del tiburón mediante el descubrimiento de un único diente alojado en el cuello de la vaca marina que pertenecía a una especie extinta de tiburón tigre, Galeocerdo aduncus.

“Tuve que trabajar como científico forense”, recuerda Benites-Palomino.

Sin embargo, el estudio señaló que, dada la naturaleza fragmentaria del esqueleto, no era posible descartar otros escenarios para la desaparición de la vaca marina.

Dean Lomax, paleontólogo de la Universidad de Bristol y de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, que no participó en la investigación, dijo que estaba de acuerdo con los hallazgos del estudio, pero que era difícil distinguir entre el comportamiento carroñero y el comportamiento depredador activo. .

“Por ejemplo, puede que no sea descabellado pensar que el dugongo ya estaba muerto, que pudo haberse alejado flotando y estar hinchado, y luego fue devorado (recogido) por el cocodrilo y el tiburón en diferentes momentos”. dijo Lomax, el autor de “Bloqueados en el tiempo: el comportamiento animal revelado en 50 fósiles asombrosos”, por correo electrónico.

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“A menos que tengamos evidencia directa del dugongo dentro del cocodrilo (como última comida), o de que el cocodrilo y el dugongo mueran en medio del ataque, todavía es intrínsecamente raro decir al 100% si esto fue definitivamente el resultado de un ataque activo o no. que hurgar en la basura”, añadió Lomax.

En aquella época, las vacas marinas podían crecer hasta cinco metros de largo, dijo Benites-Palomino, y su tejido graso habría sido una buena fuente de alimento.

Hoy en día, los cocodrilos, las orcas y los tiburones se alimentan de dugongos y manatíes, principalmente de los jóvenes, porque los adultos son difíciles de matar debido a su tamaño. No está claro qué tipo de cocodrilo pudo haber atacado a la vaca marina. Podría haber sido una especie extinta de caimán o gavial, conocido por sus mocos largos y delgados, pero debió ser de gran tamaño, de 4 a 6 metros de largo.

“Hay varios candidatos. Sudamérica era entonces un paraíso para los cocodrilos”, añade Benites-Palomino.

Un granjero al sur de la ciudad de Coro, Venezuela, notó por primera vez los restos de la vaca marina en un lugar donde antes no se habían descubierto fósiles.

“Al principio no conocíamos la geología del sitio y los primeros fósiles que descubrimos fueron trozos de cráneos. Nos tomó algún tiempo determinar qué eran: cráneos de manatí, que tienen una apariencia bastante inusual”, dijo en un comunicado Marcelo Sánchez-Villagra, coautor del estudio, profesor de paleobiología y director del Instituto y Museo Paleontológico de. la Universidad de Zúrich.

Benites-Palomino dijo que el raro hallazgo demuestra la importancia de la búsqueda de fósiles en América del Sur «no clásica».

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“Hemos estado visitando los mismos sitios de fósiles en América del Norte y China durante mucho tiempo, pero cada vez que trabajamos en estas nuevas áreas, encontramos constantemente nuevos fósiles. »

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

A ambos lados del océano Atlántico, a más de 6.000 kilómetros de distancia, investigadores han descubierto huellas dejadas por dinosaurios que pudieron haber vagado desde África hasta América del Sur cuando los continentes estaban unidos en un supercontinente.

Las más de 260 huellas, ubicadas en Brasil y Camerún, serían parte del Período Cretácico Inferiorsegún un estudio publicado el lunes por el Museo de Historia Natural y Ciencia de Nuevo México.

Las huellas se crearon originalmente a unas 621 millas de distancia sobre una fina capa de limo y arenisca de barro en el antiguo supercontinente Gondwanan, que luego se rompió y formó el Océano Atlántico Sur.

El estudio compartió fotografías de huellas de formas idénticas que parecían provenir de edades y entornos geológicos similares, según descubrió el paleontólogo de la Universidad Metodista del Sur y autor principal del estudio, Louis L. Jacobs.

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