Un agujero negro apunta a la Tierra: una red neuronal muestra 27 años de su chorro de plasma en un único vídeo.

Astrónomos convirtieron 116 observaciones del blazar 3C 345, realizadas entre 1995 y 2022, en un vídeo continuo del movimiento del plasma cerca de un agujero negro supermasivo. La reconstrucción mostró detalles que se perdían en las imágenes de radio individuales y puso en duda la explicación habitual de los nudos brillantes dentro del chorro. El objeto se encuentra a unos 5,5 mil millones de años luz de nosotros, y el chorro de plasma está dirigido casi a lo largo de la línea de visión hacia la Tierra.

3C 345 pertenece a los blazares, núcleos activos de galaxias lejanas cuyos chorros relativistas apuntan casi hacia el observador. En el caso de 3C 345, el ángulo entre el eje del chorro y la dirección hacia la Tierra se estima en solo 3–6,8°. La expresión de «disparo hacia la Tierra» describe por tanto la geometría del sistema, no un peligro para el planeta: el agujero negro está a una distancia colosal y no se esperan consecuencias para la Tierra por estas observaciones.

Los datos originales se obtuvieron mediante interferometría de base muy larga, en la que las señales de radiotelescopios separados entre sí se combinan como si la observación la realizara un único instrumento del tamaño de miles de kilómetros. Las 116 sesiones se realizaron a una frecuencia de 15 GHz. El problema era que cada sesión proporcionaba una imagen aislada, mientras que el plasma cambia y se mueve de forma continua.

El algoritmo Kine procesó todo el conjunto de observaciones simultáneamente. Una pequeña red neuronal aprendió a relacionar la posición en la imagen y el instante temporal con la intensidad y la polarización de la radiación, tras lo cual pudo reconstruir los estados intermedios del chorro. El vídeo resultante no es una grabación convencional del telescopio: los fotogramas entre observaciones reales se calcularon a partir de medidas anteriores y posteriores al momento deseado. Las pruebas con datos artificiales mostraron que, con la calidad de las observaciones de 3C 345, la interpolación fiable se mantiene en intervalos de hasta varios meses.

Este enfoque proporcionó aproximadamente cuatro veces mayor resolución espacial en comparación con el procesamiento tradicional e incrementó el rango dinámico en torno a 140 veces. Como resultado, los investigadores pudieron seguir no solo varios nudos brillantes bien visibles, sino también medir el movimiento del plasma en distintas partes del chorro casi punto por punto.

El mapa de velocidades aportó la principal sorpresa. Las formaciones compactas y brillantes en el chorro se han considerado durante mucho tiempo ondas de choque que atraviesan el plasma circundante y deberían moverse sensiblemente más rápido que el flujo principal. En 3C 345, las velocidades de las estructuras brillantes resultaron del mismo orden que la velocidad de la materia que las rodea. Un argumento adicional fue la ausencia de la relación esperada entre las formaciones brillantes y los máximos de polarización.

Por tanto, los autores no encontraron indicios de que los nudos observados sean ondas de choque móviles y fuertes. Una explicación más adecuada para 3C 345 serían zonas de mayor brillo que surgen por el aumento local de la presión magnética y por el efecto Doppler relativista. La conclusión se refiere solo a un blazar y por sí sola no refuta los modelos de onda de choque para otros chorros.

En la reconstrucción, algunas estructuras muestran un aparente movimiento superlumínico. No hay violación de la teoría de la relatividad. El plasma viaja casi a la velocidad de la luz con un ángulo muy pequeño respecto a la dirección hacia la Tierra, por lo que la diferencia en el tiempo de llegada de la luz crea en el cielo la ilusión de un movimiento más rápido que la luz. Este efecto es conocido desde hace tiempo en las observaciones de chorros relativistas.

Kine puede trabajar también con procesos mucho más rápidos. Los autores ya han mostrado la posibilidad de aplicar el método a los datos del Telescopio del Horizonte de Sucesos, incluyendo observaciones de los agujeros negros supermasivos Sagitario A* y M87*. Si el enfoque supera futuras pruebas, en lugar de imágenes aisladas de los entornos de los agujeros negros, los astrónomos podrán obtener reconstrucciones temporales y estudiar directamente cómo cambian el plasma y los campos magnéticos cerca del horizonte de sucesos.