Sobre el artículo en Astrophysical Journal que critica la imagen anular de M87* obtenida por EHT

Por Francisco R. Villatoro, el 6 junio, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics ✎ 4

La imagen en forma de anillo de la sombra de M87* obtenida por EHT ha sido replicada de forma independiente usando los datos ya publicados. La imagen no muestra el origen del chorro ultrarrelativista de la galaxia M87; pero ya se sabe que si torturas los datos lo suficiente, confesarán lo que quieras. Se ha aceptado en Astrophysical Journal (ApJ) un artículo que tortura los datos publicados por EHT hasta lograr que muestren el chorro. Se afirma que los datos autocalibrados publicados por EHT no están suficientemente calibrados; se aplica un proceso adicional de autocalibrado en fase que transforma el ruido en señal; así desaparece el anillo y aparecen tres puntos brillantes. Como Makoto Miyoshi y sus colegas quieren ver el chorro a toda costa dan un salto al vacío y usan un haz circular gaussiano de 200 µas de radio (EHT usó 20 μas) para obtener una imagen de unos 25 mas² (EHT obtuvo  ~100 μas²) del chorro; la imagen torturada con los datos de VLBI a 230 GHz es muy similar a la obtenida por VLBA a 43 GHz. Un dislate de análisis que nadie entiende cómo ha podido ser aceptado en una revista con revisión por pares. Para más inri, New Scientist y otros medios se han hecho eco de este disparate.

Yo no soy experto en VLBI, así que consulté con Iván Martí-Vidal (de la colaboración EHT). Muy amable me explicó por qué el análisis de Miyoshi et al. es un sinsentido repleto de errores conceptuales. Además, me recomendó un artículo suyo de 2008. Los datos de VLBI se ofrecen como una visibilidad Vij por cada línea de base (LB) entre dos antenas i y j, un número complejo con fase ϕij = ϕij + ϕaiϕaj, donde la señal es ϕij y el ruido atmosférico es ϕai y ϕaj. Para separar la señal del ruido se usan las llamadas clausuras (closure phases) Cijk = ϕij + ϕjk + ϕki, que no dependen del ruido atmosférico (compruébalo); el algoritmo de autocalibrado en fase usa todas las clausuras para estimar la señal y el ruido por un proceso de optimización. Pero este algoritmo tiene un problema, si se aplica a ruido (o una señal muy ruidosa) puede ofrecer una señal espuria.

Todo científico debe luchar de forma constante contra el sesgo de confirmación. Si la señal espuria se parece a la señal que te gustaría observar (en este caso un chorro ultrarrelativista), con una masajeo adecuado de los datos acabarás logrando que se parezca mucho a lo que te gustaría que saliera (una imagen de VLBI a 230 GHz muy similar a la de VLBA a 43 GHz). Así tu sesgo te confirmará la señal espuria como si fuera real. Sin embargo, para saber cuánto contribuye la señal espuria a la señal observada hay que aplicar un estimador adecuado (dos se describen en I. Martí-Vidal, J. M. Marcaide, «Spurious source generation in mapping from noisy phase-self-calibrated data,» Astronomy & Astrophysics 480: 289-295 (2008), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361:20078690). La colaboración EHT los ha aplicado a sus datos autocalibrados; por desgracia, Miyoshi et al. no los han aplicado, con lo que concluyen que la señal de EHT está mal autocalibrada; ello les embarca en una lucha contra viento y marea que les lleva a una supuesta señal que solo es ruido torturado.

El desafortunado artículo es Makoto Miyoshi, Yoshiaki Kato, Junichiro Makino, «The jet and resolved features of the central supermassive black hole of M 87 observed with EHT,» The Astrophysical Journal (accepted 05 May 2022) [68 pp.], arXiv:2205.04623 [astro-ph.HE] (10 May 2022), https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.04623. Por cierto, el resultado de EHT ha sido replicado de forma independiente por Chris L. Carilli, Nithyanandan Thyagarajan, «Hybrid Mapping of the Black Hole Shadow in M87,» The Astrophysical Journal 924: 125 (19 Jan 2022), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac3cba, arXiv:2111.11626 [astro-ph.CO] (23 Nov 2021); y por Philipp Arras, Philipp Frank, …, Torsten Enßlin, «Variable structures in M87* from space, time and frequency resolved interferometry,» Nature Astronomy 6: 259-269 (03 Jan 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01548-0, arXiv:2002.05218 [astro-ph.IM] (12 Feb 2020). La colaboración EHT además de los datos ha publicado el software necesario para obtener la imagen, con lo que tú mismo puedes replicar su resultado; cómo hacerlo en Ria Patel, Brandan Roachell, …, Michela Taufer, «Reproducibility of the First Image of a Black Hole in the Galaxy M87 from the Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration,» arXiv:2205.10267 [astro-ph.IM] (20 May 2022).

Se han hecho eco del nuevo artículo algunos medios, como Leah Crane, «Is this black hole picture wrong? Astronomers question if the first picture of a black hole is accurate,» New Scientist, 19 May 2022; Peter Coles, «M87: Ring or Artefact?» In the Dark, 13 May 2022; Lonnie Lee Hood, «Bad news! Thta image of a black hole might be totally screwed,» The Byte, 21 May 2022; entre otros. En español el eco ha sido bastante limitado, destacando Javier Jiménez, «De «descubrimiento histórico» a «error de procesamiento»: estos científicos creen que las fotografías del agujero negro están mal,» Xataka, 13 may 2022.

Combinación de parte de las figuras 2 y 5 de arXiv:2205.04623.

Miyoshi y sus colegas consideran que las fases de las visibilidades publicadas por EHT (figura 2 de su artículo) no están bien autocalibradas. En lugar de aplicarles un estimador riguroso de su cociente señal ruido (SNR), ad hoc, tras un cálculo de servilleta concluyen que no están suficientemente autocalibrados. Por ello deciden aplicarles un autocalibrado adicional (con el software CALIB usando parámetros poco razonables, como un corte para SNR de 3, mostrados en su tabla 1). El resultado es una nueva fase (figura 5 del artículo), supuestamente mejor autocalibrada. Para que puedas comparar ambas figuras, te muestro aquí una combinación de la parte inferior de ambas figuras; así puedes comparar la calibración original (parte de 0h a 12h de la figura 2) con la nueva calibración (parte de 12h a 0h de la figura 5) para las antenas (LM, PV y SM). No hay que ser experto para darse cuenta de que la nueva autocalibración es mucho más ruidosa. Pero si lees el artículo, en opinión de sus autores, la nueva autocalibración es (sorprendentemente) mucho mejor. Por cierto, la figura 6 muestra las nuevas amplitudes autocalibradas de las visibilidades, algunas con valores anormalmente altos (los autores omiten la figura correspondiente para los datos originales de EHT, quizás, para que no se les vea el plumero).

Una sorpresa de la sombra de M87* obtenida por EHT es que no mostraba el origen del chorro relativista. Con una ventana (BOX) en el plano de imagen (u,v) bien ajustada a las líneas de base de las antenas usadas y con un haz de forma gaussiana con una HPBW de 20 μas solo se puede observar el entorno a M87*; no alcanza para ver el origen del chorro. Miyoshi y sus colegas quieren observar el chorro, sí o sí, luego deciden recalcular la imagen usando un haz de forma gaussiana con una HPBW de 200 μas. Has leído bien, esto no tiene ni pies ni cabeza; es como si haces una fotografía con un teleobjetivo de 200 mm, pero la interpretas como si fuera una imagen de un gran angular de 20 mm. Esta figura te muestra las imágenes que han obtenido con el software IMAGR para las observaciones de los dos primeros días (izquierda) y de los dos últimos días (derecha).

Los parámetros usados, que se muestran en la tabla 4, tampoco tienen ni pies ni cabeza. Lo más llamativo es que en lugar de usar un único valor para BOX para toda la imagen, lo natural, usan ocho valores diferentes de BOX (que se ilustran con los círculos rojos en la figura); así la imagen obtenida es la combinación de ocho imágenes separadas colocadas a mano para que tengan la forma del chorro observado en la imagen de VLBA a 43 GHz. Esta manipulación intencionada de la imagen es intolerable (no puedo entender como este resultado superó la revisión por pares). Por cierto, en el borde derecho de la imagen se observa un brillo intenso (que obviamente es espurio); en el artículo se incluye una sección entera para discutir su posible origen, donde se concluye que se ignora qué puede ser (repito, lo obvio es que es espurio y además apunta a que toda la imagen es espuria).

La imagen del chorro no se parece en nada a la imagen en anillo de M87* que todos recordamos. Para la región central, Miyoshi y sus colegas usan un haz gaussiano con una HPBW de 20 μas con sus fases y amplitudes recalibradas. El resultado lo puedes observar en esta figura, la parte izquierda para los dos primeros días de observación y la parte derecha para los últimos dos días. Lo primero que puedes observar es que se usa una ventana el doble de grande que la usada por EHT. Y lo segundo es que en lugar de un anillo central se observan tres puntos brillantes (core-knot structure) llamados C (core), K (knot) y W (west), con W a unos 83 μas de C (más allá de la ventana usada por EHT). Se interpreta C como la señal puntual asociada a la sombra del agujero negro supermasivo M87* (que por tanto no sería anular). Para el punto K se ofrecen dos posibles explicaciones, o bien podría ser un punto caliente de emisión de C reforzada por el efecto Doppler, de ahí que se mueva entre las dos imágenes mostradas, o bien podría ser una imagen doble resultado de un lensado gravitacional de C; Miyoshi y sus colegas no ofrecen ninguna discusión detallada, ni intuitiva ni matemática, que apoye estas interpretaciones.

El punto W es más difícil de explicar (repito, estaría fuera de la región mostrada en la imagen original de EHT). Se ofrecen tres posibles hipótesis para explicarlo. O bien podría ser una segunda copia de C obtenida por lensado gravitacional, aunque su forma no se parece a K; o bien podría ser otro agujero negro supermasivo que orbitaría a M87*; o bien podría ser resultado de la emisión de C, otro punto caliente de emisión en una dirección diferente a la de K. Aunque se dedica una página entera a discutir estas hipótesis, ninguna de las explicaciones es convincente.

Un punto fundamental en el análisis de imágenes por interferometría de líneas de base muy largas (VLBI) es estudiar la fiabilidad (reliability) y robustez. Miyoshi y sus colegas lo saben, por lo que incluyen una sección que las discute. En su opinión, como no disponen los datos de EHT en bruto (raw data) han hecho todo lo que se podía hacer con los datos disponibles (ya autocalibrados). Así que se limitan a afirmar que las densidades de flujo en sus imágenes son muy grandes (1151 mJy para los dos primeros días y 1657 mJy para los dos últimos días) comparados con su estimación del ruido (0.1 mJy), con lo que su imagen es (obviamente) fiable. Sin más, pero el artículo de Martí-Vidal y Marcaide demuestra que las señales espurias obtenidas torturando el ruido pueden tener densidades de flujo tan grandes como las observadas por Miyoshi y sus colegas (que parecen ignorar dicho trabajo).

Para estudiar la robustez deciden comparar la imagen obtenida con sus datos con diferentes valores del parámetro BOX. En esta figura se muestra el resultado (a) sin BOX, (b) con las 8 BOX que mostraban el chorro, (c) con una BOX circular enorme con diámetro D = 5000 μas, y (d) con una box grande con D = 128 μas, similar a la distancia focal (FOV) de la imagen de EHT (Miyoshi y sus colegas obtienen una enorme FOV para su imagen de 24.6 mas²). A todas luces estas imágenes en lugar de apoyar que las características de la imagen (puntos C, K y W) son robustas muestran todo lo contrario; a pesar de ello, Miyoshi y sus colegas solo aceptan que el punto W parece menos fiable que los otros dos, por lo demás, les parece que la robustez de su imagen está fuera de toda duda (no puedo entender que en la revisión por pares los revisores compartan esta opinión tan obviamente pervertida).

Para un ojo entrenado la forma de la imagen VLBI final se puede ver en las amplitudes de las visibilidades (esto recuerda a lo que hacían los humanos en la película Matrix con las imágenes de pantallas de fósforo verde con caracteres en scroll). En los artículos originales de EHT, la forma de anillo de la sombra de M87* se observa claramente en las amplitudes de las visibilidades, pues muestran un mínimo a la distancia que corresponde al radio del anillo. Como es de esperar, se puede hacer lo mismo con las nuevas amplitudes obtenidas con la recalibración de los datos ya autocalibrados de EHT de Miyoshi y sus colegas. Esta figura muestra la ausencia del mínimo y un perfil que apunta a varios puntos (mi ojo no está entrenado, así que no soy capaz de ver en estas imágenes que son los tres puntos C, K y W).

Miyoshi y sus colegas finalizan su artículo tratando de explicar con sus nuevas visibilidades el porqué la colaboración EHT ha observado un anillo inexistente. Según ellos las visibilidades originales están mal autocalibradas y la imagen en forma de anillo es espuria debido a que se ha usado un haz sucio (dirty beam) en el procesado de las visibilidades. Así se observa un patrón reticulado en cuya parte central hay una estructura que recuerda a un anillo (como muestra la figura de la izquierda); cuando se usa una BOX de 22 μas que retiene solo esta parte central se observa un anillo muy similar al publicado en la imagen de EHT (como muestra la figura de la derecha). En su opinión, el anillo es un artefacto del análisis sesgado producto del contubernio de los más de 300 colaboradores de EHT.

Quizás no te creas que los autores se atrevan a poner negro sobre blanco una afirmación tan dura. Máxime cuando en la revisión por pares se suele recomendar la eliminación de este tipo de comentarios por estar fuera de lugar. Pero en el primer párrafo de la sección 5.8 puedes leer literalmente: «We found some of the reasons why they created the artifact. The EHTC conducted various surveys, but their methods were not objective and biased towards their desires from the very beginning of their analysis. They also failed to perform the basic data checking that VLBI experts always do». Esto es una acusación muy dura, llena de rencor y claramente anticientífica. Entiendo perfectamente que todos los miembros de EHT quieran hacer oídos sordos al nuevo artículo. Más aún, de hecho, creo que a Miyoshi, Kato y Makino el tiro les va a salir por la culata, pues puedo asegurar que esta frase puede y debe ser aplicada a ellos mismos: ellos han creado un artefacto, usando métodos que no son objetivos y que están sesgados hacia sus deseos desde las primeras fases de su análisis, y tampoco han realizado los chequeos básicos de sus resultados que todo experto en VLBI haría siempre.

En resumen, la crítica de Miyoshi y sus colegas a la imagen anular de M87* obtenida por EHT, publicada en un artículo de 68 páginas aceptado para publicación en la revista Astrophysical Journal, no tiene ni pies ni cabeza, un puro disparate. Yo no soy experto en VLBI, pero con mis parcos conocimientos no tengo ninguna duda al respecto. Un artículo repleto de sesgos y análisis malintencionados que pretende ver en los datos de EHT lo que es imposible ver en dichos datos sino se torturan dichos datos hasta la extenuación. Y que además arremete contra el rigor científico de una colaboración de más de 300 investigadores. Nunca entenderé que dicho artículo haya sido aceptado para publicación, y menos aún que lo haya sido el 5 de mayo, el mismo día en que EHT anunció la imagen de Sgr A*. Una pena.



4 Comentarios

  1. Las revistas científicas son revistas antes que científicas, uno de los motivos por los que creo que debería cambiarse el modelo de publicación. Aún con la futura retractación, ya tienen la publicidad hecha, siempre se recuerda mucho menos la corrección que el titular rimbombante.

  2. No soy astrofísico ni mucho menos pero al ver el documental que subieron a Netflix, se ve que varios equipos realizan el procesamiento de los datos crudos en salas aisladas e independientes y casi todos ellos salen con una imagen más o menos toroidal y luego mediante un proceso no muy claro eligen la «mejor» (SIC) y la pasan en la conferencia de prensa. Esto de que cada equipo independiente genere sus propias imágenes eligiendo los procesamientos y filtros que considere más aptos me pareció algo raro, por no decir forzado. #HumildeOpinionPersonal. Yo quisiera saber si de cada observación de radionterferometría de base muy larga se generan imágenes independientes por distintos equipos o bien, esta fue la primera vez que se utilizó esta técnica.

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