Telescópios em todo o planeta, com a ajuda de algoritmos computacionais, unirão forças para capturar a primeira imagem de um buraco negro.
Um novo algoritmo poderá finalmente revelar os esplendores de um buraco negro. O estudante de graduação do MIT descreveu que ele só precisa de uma dezena de telescópios de rádio em todo o mundo para fazê-lo.
Os buracos negros estão prontos para seu close-up, graças a um novo algoritmo que poderá dar aos astrônomos uma maneira de capturar a primeira imagem de um buraco negro no próximo outono.
Katie Bouman, uma estudante de pós-graduação em ciência da computação do MIT, desenvolveu o algoritmo, que utiliza essencialmente a Terra como uma antena gigante de ondas de rádio. Bouman apresentará a pesquisa na conferência de Visão Computacional e Reconhecimento de Padrões em junho.
O problema com a captura de uma imagem de um buraco negro é que mesmo o mais próximo, o buraco negro supermassivo chamado Sagitário A no centro da nossa Via Láctea, está muito, muito longe. Quaisquer imagens tiradas mostrarão os efeitos do buraco negro, em vez do próprio horizonte de eventos.
As ondas de rádio são sinais ideais por algumas razões, elas passam através de objetos sólidos, se estiverem vindo para à Terra por uma vasta distância, mas elas também têm um comprimento de onda muito longo. Isso significa que os astrônomos precisam de uma antena verdadeiramente enorme para capturar ondas de rádio suficientes para produzir uma imagem. Para uma imagem do tamanho do buraco negro da Via Láctea, Bouman explica, “Você precisa de um telescópio do tamanho da Terra.”
Isso é apenas o que o projeto Telescópio Event Horizon está tentando criar, através do recolhimento de dados de telescópios de rádio em todo o mundo. O projeto inclui atualmente seis telescópios de rádio, mas existem radiotelescópios o suficiente no mundo que possam observar na frequência desejada (1,3 milímetros), ou locais adequados, ou mesmo suficientes no mundo onde poder-se-a construir esses telescópios. (Eles precisam estar no topo das montanhas e em locais que limitam a interferência de vapor de água.) O algoritmo de Bouman é projetado para compensar essa diferença.
Para fazer isso, seu algoritmo, chamado CHIRP (Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors), primeiramente combina os sinais de três telescópios diferentes. Usando três, em vez de dois (no qual a maioria dos outros fazem), os atrasos para as ondas de rádio causados pela atmosfera da Terra se anulam mutuamente.
Mas mesmo depois disso, “há um número infinito de imagens que descreverão perfeitamente os dados”, disse Bouman. Assim, o próximo passo é usar os dados para reconstruir uma imagem que se pareça com uma imagem. Isso pode parecer óbvio, mas quando as imagens são divididas em pequenos pedaços, Bouman explica, “muitas vezes algumas estruturas se repetem: Manchas planas nas bordas, por exemplo” Ela construiu um algoritmo de aprendizado que identificou os patches de repetição, chamados modelos de remendo, e os usou para reconstruir imagens.
Surpreendentemente, o algoritmo funcionou quando foi testado em qualquer tipo de imagem, astronômica ou terrestre.
“Podemos captar imagens em seu telefone, podemos tomar imagens de simulação de buraco negro, podemos tomar imagens de gatos”, disse Bouman. “Não importa qual imagem iremos capturar, seja imagens de buraco negro, imagens celestiais ou imagens terrestres, os modelos de correção que usaremos são similares o suficiente para ficarmos com a mesma imagem de volta no final.”
Vários observatórios serão utilizado no projeto, incluindo o Millimeter Array Sub e James Clerk Maxwell Telescope no Havaí; o telescópio Submillimeter Heinrich Hertz no Arizona; o Gran Telescope Millimeter, no México; O Institut de radioastronomie Millimétrique em Espanha; o Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array e o Atacama Pathfinder Experiment no Chile; o Telescópio do Pólo Sul, na Antártida; e oNOrthern Extended Millimeter Array na França.
O algoritmo de Bouman foi melhor do que os anteriores de reconstruir uma imagem a partir das medições em diferentes telescópios, e foi melhor em lidar com o ruído nos dados. O verdadeiro teste virá na primavera de 2017, quando telescópios começarem a coletar os dados que poderão se tornar nossa primeira imagem de um buraco negro.
Traduzido e adaptado de Astronomy Magazine