"FOTOGRAFIANDO" UN AGUJERO NEGRO

Guillermo Luijk

Fujista de renombre
Los agujeros negros son de esas maravillas del universo que aparecieron en nuestras ecuaciones y simulaciones antes que en nuestros telescopios. La edad dorada del desarrollo de la teoría de los agujeros negros fueron los años 70 y 80 del siglo pasado. Esta imagen representa tres simulaciones muy parecidas (lo cual es buena señal), del aspecto que podría tener un agujero negro si tuviésemos la suerte de contemplarlo desde cerca.

Luminet realizó la primera simulación de un agujero negro con ordenadores espartanos en 1979, pero mostrando todas sus características más importantes:
  • Una negrura central donde la enorme cantidad de masa acumulada en muy poco espacio genera una fuerza gravitatoria tal que nada puede escapar de ella, ni siquiera la luz. A su frontera límite se la denomina 𝗵𝗼𝗿𝗶𝘇𝗼𝗻𝘁𝗲 𝗱𝗲 𝘀𝘂𝗰𝗲𝘀𝗼𝘀.
  • Alrededor del "agujero" tenemos el 𝗱𝗶𝘀𝗰𝗼 𝗱𝗲 𝗮𝗰𝗿𝗲𝗰𝗶𝗼́𝗻, un anillo plano como los de Saturno compuesto por gas, polvo y plasma girando a velocidades cercanas a la de la luz. La parte frontal de este disco la tenemos a la vista, pero su parte trasera, que debería quedar oculta por el propio agujero, se pliega por efecto de la distorsión espacio temporal, haciéndose visible al asomar por encima y por debajo del agujero.
  • Los colores y densidades luminosas no son decorativos. Como consecuencia del 𝗿𝗲𝗳𝘂𝗲𝗿𝘇𝗼 𝗗𝗼𝗽𝗽𝗹𝗲𝗿, de la materia que se acerca a gran velocidad al observador por la izquierda percibimos una radiación más potente y de mayor frecuencia que la que se aleja por el lado derecho, generando una asimetría lateral.

En segundo lugar tenemos la simulación de la película Interestellar, donde se usaron las ecuaciones matemáticas relativistas para modelar Gargantúa, el agujero negro protagonista de la historia, de forma lo más científica posible. Se concedió alguna licencia visual como forzar la simetría extremo a extremo.

Finalmente con un poco de 𝘷𝘪𝘣𝘦 𝘤𝘰𝘥𝘪𝘯𝘨 y refinamientos he obtenido una versión moderna de la simulación de Luminet hecha íntegramente en C++, usando esta vez Gemini Pro como becario motivado. El trazado de rayos se hace píxel a píxel de la imagen de salida, así que para eliminar el notable 𝘢𝘭𝘪𝘢𝘴𝘪𝘯𝘨 que se tiene tomo la vía fácil del sobremuestreo.


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Qué interesante la astrofísica. Los agujeros negros son un tema fascinante además. Hace apenas unas décadas sólo ciencia ficción y pura teoría, así que el logro de fotografiar en 2019 a M87 fue un hito histórico.
Buena explicación y bonito aporte, Guillermo!
 

Interesante tema Guillermo, esto te hace reflexionar que nuestro planeta es una gotita de agua en el espacio.
Un saludo
 
Me encanta este tema. Me parece fascinante lo que nos cuentas.
Os recomiendo que escuchéis este corto pero interesante episodio del programa "Materia Oscura"
Que habla sobre los agujeros negros desde una perspectiva diferente? Espero os guste

¡Te recomiendo que escuches este episodio de iVoox! ¿Y si el tiempo no es más que una ilusión?

 
Una animación de cómo cambiaría la forma visible del agujero negro si orbitásemos 360º entorno a él.

Por la distorsión espacio temporal provocada por el propio agujero, el disco de acreción se pliega mostrándose de forma distorsionada en función del punto de vista. Solo cuando miramos desde los polos se logra ver el disco en su magnitud real.

Los colores no son decorativos ni representan una "iluminación" de la escena. Por el 𝗿𝗲𝗳𝘂𝗲𝗿𝘇𝗼 𝗗𝗼𝗽𝗽𝗹𝗲𝗿 las partes del anillo que se aproximan a nosotros en su giro, emiten radiación de mayor frecuencia e intensidad. En la animación esto va cambiando a medida que circundamos el agujero.

La animación se compone de 400 fotogramas pero solo se necesitó calcular 100 de ellos ya que con leves juegos de simetría se pueden obtener los 3/4 restantes. Esto redujo el tiempo de cálculo a la cuarta parte, lo que a ~80s por fotograma en Full HD de tiempo de procesado se hace notar.



En la animación puede intuirse una posible explicación a la fotografía obtenida en 2019 del agujero negro localizado en el centro de la galaxia M87: desde la Tierra lo vemos por los polos de modo que no tenemos el punto de vista necesario para obtener la espectacular imagen de Interstellar, y no se aprecia la distorsión del disco de acreción. Jugando con el contraste en uno de los frames del vídeo con un punto de vista que sería el que tenemos desde la Tierra del agujero negro de M87:

comparisonjpg.jpg


Salu2!
 
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