La ingeniera que hizo el algoritmo para generar la primera imagen real de un agujero negro

Miercoles, 17 de Abril de 2019 (hace 7 meses)
La ingeniera que hizo el algoritmo para generar la primera imagen real de un agujero negro

Katie Bouman, es la mujer de 29 años detrás de la primera foto de un agujero negro, ella dirigió el equipo informático que convirtió todos los datos del Telescopio de Horizontes de Sucesos en una imagen.


El miércoles 10 de abril, científicos del proyecto Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) mostraron al mundo la primera imagen obtenida de un agujero negro masivo ubicado en el centro de la galaxia M87, a una distancia de 53,3 millones de años luz de la Tierra. 


Se trata de una proeza que tendrá un gran impacto en la investigación astronómica, y que pudo conseguirse gracias a la ayuda de un equipo de informáticos dirigidos por Katie Bouman.


Actualmente, fotografiar un agujero negro sería imposible para cualquier telescopio, debido a que dichos cuerpos espaciales se encuentran a gran distancia nuestra y, principalmente, porque no emiten ningún tipo de brillo. Por ello los científicos utilizaron una red de ocho telescopios situados en distintos puntos del planeta.


Sin embargo, dicha red por sí sola no hubiera sido capaz de obtener los datos requeridos para generar la imagen. Se necesitaba recopilar la información de cada uno de los telescopios y enviar media tonelada de discos duros a un punto central, en donde debía ser procesada.


Katie Bouman, ingeniera eléctrica, lideró el desarrollo de un programa informático con el que se obtuvo la impresionante foto.  La tarea de la ingeniera y los suyos fue crear un algoritmo que fue crucial para convertir todos los datos del Telescopio de Horizontes de Sucesos en una imagen, según informa "MIT News”.


Este algoritmo, asimismo, no solo era necesario para combinar los datos, sino también para filtrar el ruido causado por factores como la humedad atmosférica, que distorsiona las ondas de radio y sincroniza con precisión las señales capturadas por los telescopios remotos.


Bouman, además, trabajó en la Universidad de Michigan. Actualmente, es becaria postdoctoral en el MIT y docente adjunta en el Instituto de Tecnología de California (CalTech). 


El desarrollo de este algoritmo comenzó hace tres años, cuando Bouman era estudiante de posgrado. Lideró el proyecto con la asistencia de un equipo del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT, el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y el Observatorio Haystack del MIT.


"Somos un crisol de astrónomos, físicos, matemáticos e ingenieros, y eso es lo que se necesita para lograr algo que se creía imposible", dijo Katie Bouman a "The Guardian".


Explicación


Explicar la compleja labor mediante la cual 200 matemáticos, físicos, ingenieros y astrónomos de todo el mundo lograron obtener la primera imagen real de un agujero negro, fue un reto más que la joven ingeniera asumió en noviembre del 2016 en una conferencia de TED en la que explicó los alcances de este asombroso proyecto.





Apoyada en referencias a la cultura popular, el cine de ciencia ficción y las redes sociales, Bouman generó interés en su trabajo no solo en el selecto grupo de asistentes a la conferencia TED dictada en Massachusetts, Estados Unidos, sino en cientos de miles de usuarios de YouTube que reprodujeron la conferencia y la tradujeron a distintos idiomas, incluido el español.


Para obtener la imagen del agujero negro, ocho telescopios en el mundo, unidos gracias al proyecto Telescopio del Horizonte de Sucesos (Event Horizon Telescope, EHT, en inglés), colocaron en su punto de mira de forma simultánea el agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia M87, a una distancia de 53,3 millones de años luz de la Tierra.


“Citando a Mick Jagger, ‘No siempre consigues lo que quieres, pero si lo intentas, a veces ves que consigues lo que necesitas’, dijo Katie Boumanal explicar que la labor combinada de los ochos telescopio ayudó a crear un “telescopio computacional”. Esta labor sincronizada ayudó a salvar el postulado según el cual para obtener la codiciada imagen se requería un telescopio del tamaño de la Tierra.


Ese trabajo combinado se efectuó el año 2017: durante diez noches los ocho telescopios apuntaron en una sola dirección y obtuvieron una monumental cantidad de datos -alrededor de 350 terabytes diarios, por cada telescopio-, que debían procesarse a fin de obtener la imagen del monstruo cósmico.


Es en este punto en que Katie Bouman se convierte en figura clave: ella lideró el equipo responsable de crear los algoritmos que encuentren “la imagen más razonable que encaje con los datos de los telescopios”.


De manera simple, la doctora Bouman lo explica así: “Igual que un artista forense usa descripciones limitadas para componer una imagen aplicando sus conocimientos sobre estructura facial, los algoritmos de obtención de imágenes que desarrollo ayudan a usar los datos limitados de los telescopios hasta conseguir una imagen que se parezca a cosas de nuestro universo. Usando estos algoritmos, podemos componer imágenes a partir de estos datos escasos y sucios”.


De acuerdo con la científica, el algoritmo utilizado para completar la primera imagen real de un agujero negro jugó con "probabilidades". Entre las imágenes procesadas se seleccionó la que más probabilidades tenían de parecerse a esta.


“Digamos que estábamos intentando construir un sistema que nos diga las probabilidades de que una imagen esté en Facebook. Seguramente nos gustaría que el sistema nos dijera que es poco probable que alguien suba la imagen llena de ruido de la izquierda, y muy probable que publique un selfie como éste de la derecha. La imagen central está borrosa, así que aunque fuese más probable verla en Facebook que la imagen con ruido, es menos probable que el selfie”, explicó apoyada en esta imagen (abajo).


En este punto hay un gran dilema: nunca nadie vio un agujero negro, así que ¿cuál es una imagen probable de un agujero negro?: “Una manera de resolver esto es imponer características de varios tipos de imágenes, y ver cómo el tipo de imagen que suponemos afecta a nuestras reconstrucciones. Si todos los tipos de imágenes producen imágenes similares, podemos empezar a estar seguros de que nuestras conjeturas no están deformando tanto la imagen”.


Para una mejor comprensión, Katie Bouman apeló a esta comparación: “Es parecido a dar la misma descripción a tres artistas de diferentes lugares. Si todos producen un rostro similar, podemos empezar a estar seguros de que no están forzando sus propios prejuicios culturales en los dibujos”.


“Aún me asombra que aunque empecé este proyecto sin saber astrofísica, lo que hemos logrado a través de esta colaboración única podría resultar en las primeras imágenes de un agujero negro”, dijo la científica al cierre de su conferencia el 2016, y así fue. 




Katie fue fotografiada mientras descargaba la imagen del agujero negro en su laptop, a espera de su gran momento. Compartió esta foto en Facebook junto al mensaje: "Mirando con incredulidad cómo la primera imagen que he hecho de un agujero negro estaba en proceso de ser reconstruida".


El selfie que Katie Bouman publicó en Facebook no deja espacio a las dudas; su emoción por esta conquista es tan real como la impresionante imagen que ella y su equipo nos regalaron.


Reconocimiento


Después de la difusión de la foto, la experta se volvió una sensación internacional, con su nombre convertido en una tendencia en Twitter.


En un tuit, la congresista estadounidense Alexandria Ocasio-Cortez escribió que Bouman debería tener su "merecido lugar en la historia”.


La ingeniera también fue reconocida por el MIT y el Smithsonian a través de las redes sociales.


"Hace tres años, la estudiante de posgrado del MIT Katie Bouman lideró la creación de un nuevo algoritmo para producir la primera imagen de un agujero negro", se podía leer en la cuenta del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT. "Hoy, esa imagen fue dada a conocer”.


Pero Bouman, que ahora es profesora auxiliar ciencias de la computación y matemáticas en el Instituto de Tecnología de California, insistió en que el equipo que la ayudó merece el mismo crédito.


El esfuerzo de capturar la imagen, usando telescopios en lugares que van de la Antártida a Chile, involucró a un equipo de más de 200 científicos.


"Ninguno de nosotros podría haberlo hecho solo", le dijo a la CNN. "Fue posible gracias a muchas personas de diferentes orígenes".