Астрономы опубликовали улучшенное изображение черной дыры: NPR

Нелл Гринфилдбойс

Исследователи использовали компьютерное моделирование черных дыр и машинное обучение, чтобы создать исправленную версию (справа) знаменитого первого изображения черной дыры, которое было опубликовано еще в 2019 году (слева). Медейрос и др. 2023 скрыть подпись

Исследователи использовали компьютерное моделирование черных дыр и машинное обучение, чтобы создать исправленную версию (справа) знаменитого первого изображения черной дыры, которое было опубликовано еще в 2019 году (слева).

Первое знаковое изображение черной дыры выглядело как размытый оранжевый пончик, но теперь эта картина стала более четкой до огненного кольца благодаря компьютерному моделированию и машинному обучению.

Черная внутренняя часть этого кольца горячих газов представляет собой область космических странностей и такой сильной гравитации, что ничто, даже свет, не может покинуть ее. Согласно новому отчету, опубликованному в The Astrophysical Journal Letters, на обновленном изображении она выглядит намного больше и темнее.

На снимке изображена черная дыра M87, большая, расположенная примерно в 55 миллионах световых лет от нас и предположительно в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца. Это черная дыра, которую наблюдала в 2017 году сеть телескопов по всему миру, известная как Телескоп горизонта событий, которые вместе действовали как гигантский радиотелескоп размером с Землю.

Два года спустя с большой помпой международная команда EHT объявила, что создала первое изображение M87. «Мы очень, очень гордимся этим изображением и очень воодушевлены этим изображением. Я действительно принимала участие в его создании», — говорит астрофизик Лия Медейрос из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси.

Несмотря на это, говорит она, «мы всегда будем стараться совершенствоваться и всегда будем стараться иметь все более лучший имидж».

Идея небесного объекта с такой сильной гравитацией, что он не пропускает свет, делая его невидимым, существует с 18 века. Астрономы теперь знают, что черные дыры могут образовываться, когда умирающая звезда коллапсирует сама себя. Хотя саму черную дыру невозможно увидеть, о ее присутствии можно судить по влиянию ее гравитации на ее окружение.

Например, газ, пыль и мусор, попавшие в черную дыру, кружатся и нагреваются, падая внутрь, создавая контур вокруг невидимого, ненасытного зверя. Именно этот план и удалось уловить команде EHT.

Впечатление этого художника изображает быстро вращающуюся сверхмассивную черную дыру, окруженную тонким диском вращающегося материала, остатками звезды, подобной Солнцу. ESO, ЕКА/Хаббл, М. Корнмессер/Н. Бартманн скрыть подпись

Но создание портрета черной дыры с помощью множества телескопов, объясняет Медейрос, сильно отличается от фотографирования обычной камерой. «На самом деле мы не делаем снимки в том смысле, что, знаете ли, есть только одна камера, которая просто щелкает», — говорит она.

Вместо этого исследователям приходится иметь дело с пробелами в своих данных, делая определенные предположения и выполняя массу вычислений.

В этой новой версии изображения пробелы были заполнены с помощью физики, а именно компьютерного моделирования черных дыр, и машинного обучения. Исследователи создали более 30 000 смоделированных изображений черных дыр, охватывающих широкий спектр возможностей, а затем искали общие закономерности в этих изображениях.

Исследователи использовали десятки тысяч изображений, созданных в результате моделирования черных дыр, для тренировки своей программы машинного обучения. Предоставлено: Медейрос и др. 2023 год

«На самом деле мы изучаем корреляции между различными частями изображения. И поэтому мы делаем это, анализируя десятки тысяч изображений с высоким разрешением, созданных в результате моделирования», — говорит Медейрос. «Если у вас есть изображение, пиксели, расположенные рядом с любым пикселем, не являются полностью некоррелированными. Дело не в том, что каждый пиксель делает совершенно независимые вещи».