El aprendizaje de máquina revela cómo crecen los agujeros negros

Mediante el método de ensayo y error, el aprendizaje automático prueba muchos emparejamientos diferentes de galaxias y agujeros negros simulados creados con distintas reglas y elige el emparejamiento que mejor se ajusta a las observaciones reales - H. ZHANG, WIELGUS ET AL. (2020)

   MADRID, 15 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Una combinación de aprendizaje automático y superordenadores ha permitido reconstruir las historias de crecimiento de los agujeros negros, descubriendo sus horizontes de sucesos y lo que hay más allá.

   Las simulaciones de millones de "universos" generados por ordenador por un equipo internacional de astrofísicos revelaron que los agujeros negros supermasivos crecen al mismo ritmo que sus galaxias anfitrionas. Esto se sospechaba desde hacía 20 años, pero los científicos no habían podido confirmar esta relación hasta ahora. Un artículo con las conclusiones del equipo se ha publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

   "Si nos remontamos a épocas cada vez más tempranas del universo, descubrimos que existía exactamente la misma relación", afirma en un comunicado Peter Behroozi, profesor en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona y coautor del trabajo. "Así que, a medida que la galaxia crece de pequeña a grande, su agujero negro también crece de pequeño a grande, exactamente de la misma forma que vemos en las galaxias actuales de todo el universo".

   Se cree que la mayoría de las galaxias dispersas por el cosmos, si no todas, albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Estos agujeros negros tienen masas superiores a 100.000 veces la del Sol, y algunos alcanzan millones e incluso miles de millones de masas solares. Una de las cuestiones más controvertidas de la astrofísica ha sido cómo estos monstruos crecen a la velocidad a la que lo hacen y cómo se forman.

   Para encontrar respuestas, Behroozi y sus colegas crearon Trinity, una plataforma que utiliza una novedosa forma de aprendizaje automático capaz de generar millones de universos distintos en un superordenador, cada uno de los cuales obedece a diferentes teorías físicas sobre cómo deberían formarse las galaxias. Los investigadores construyeron un marco en el que los ordenadores proponen nuevas reglas sobre cómo crecen los agujeros negros supermasivos a lo largo del tiempo.

   A continuación, utilizaron esas reglas para simular el crecimiento de miles de millones de agujeros negros en un universo virtual y "observaron" el universo virtual para comprobar si coincidía con décadas de observaciones reales de agujeros negros en el universo real. Tras millones de reglas propuestas y rechazadas, los ordenadores se decantaron por las que mejor describían las observaciones existentes.

   "Intentamos comprender las reglas de formación de las galaxias", explica Behroozi. "En pocas palabras, hacemos que Trinity adivine cuáles pueden ser las leyes físicas y las soltamos en un universo simulado para ver cómo resulta ese universo. ¿Se parece en algo al real o no?".

   Según los investigadores, este planteamiento funciona igual de bien para cualquier otra cosa dentro del universo, no sólo para las galaxias.

   El nombre del proyecto, Trinity, hace referencia a sus tres principales áreas de estudio: las galaxias, sus agujeros negros supermasivos y sus halos de materia oscura -vastos capullos de materia oscura invisibles a las mediciones directas, pero cuya existencia es necesaria para explicar las características físicas de las galaxias en todas partes-.

   En estudios anteriores, los investigadores utilizaron una versión anterior de su marco, denominada UniverseMachine, para simular millones de galaxias y sus halos de materia oscura. El equipo descubrió que las galaxias que crecen en sus halos de materia oscura siguen una relación muy específica entre la masa del halo y la masa de la galaxia.

   "En nuestro nuevo trabajo, añadimos agujeros negros a esta relación", dijo Behroozi, "y luego nos preguntamos cómo podrían crecer los agujeros negros en esas galaxias para reproducir todas las observaciones que la gente ha hecho sobre ellos".

   Las simulaciones arrojan luz sobre otro fenómeno desconcertante: Los agujeros negros supermasivos -como el que se encuentra en el centro de la Vía Láctea- crecieron con mayor vigor durante su infancia, cuando el universo tenía sólo unos pocos miles de millones de años, para ralentizarse drásticamente durante el tiempo posterior, en los últimos 10.000 millones de años aproximadamente.