14,6 тыс подписчиков
Нейронная сеть смогла улучшить первое в истории изображение тени чёрной дыры, опубликованное в апреле 2019 года Телескопом горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT). Полученное изображение содержит намного больше деталей, чем оригинальное, и позволит лучше определить свойства чёрной дыры.
Первое в истории изображение тени сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в галактике М 87, было получено при помощи коллаборации из восьми радиотелескопов, расположенных в разных уголках нашей планеты. Объединив их в единую сеть, астрономам удалось получить виртуальный аналог радиотелескопа размером с Землю, который и проводил наблюдения. Полученные данные были обработаны по специальному алгоритму, что и позволило получить знаменитое «изображение века». Как уже было указано, получено изображение не самой чёрной дыры (это невозможно, так как она не излучает и не отражает какое-либо излучение), а её тени. Однако благодаря этим свойствам (не излучать и не отражать свет) чёрная дыра должна быть видна как чёрное пятно на фоне остальных источников излучений. Оно и называется тенью. В реальности она примерно в 2 раза больше размеров чёрной дыры (определяются по границе горизонта событий — области, при преодолевании которой даже свет уже не может покинуть чёрную дыру) из-за искривления пространства чудовищной гравитацией этих объектов. Масса чёрной дыры оценивается примерно 6,5 млрд масс Солнца, в этом случае радиус Шварцшильда составляет примерно 120 астрономических единиц (18 млрд км), т. е. размер чёрной дыры — 240 а. е. (36 млрд км), размер тени — примерно 480 а. е. (72 млрд км). Наибольшее значение диаметра акционного диска оценивается в 25 000 а. е. (примерно 0,4 световых года или 3,7 трлн км), на изображении ниже он частично обрезан. Для представления и понимания этих размеров отметим, что 1 а. е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца — примерно 150 млн км, а среднее расстояние от Солнца до Плутона — 39,5 а. е (5,9 млрд км).
Несмотря на огромный успех астрономов, в снимке M87 имелись пробелы, своего рода отсутствующие кусочки пазла. Они связаны с тем, что хоть проекту EHT и удалось создать виртуальный аналог радиотелескопа размером с Землю, использовавшиеся в наблюдениях антенны в реальности не покрывают всю нашу планету. Отсюда следует неизбежная потеря данных. Чтобы решить эту проблему, международная группа исследователей из проекта EHT воспользовалась помощью искусственного интеллекта. Они разработали алгоритм машинного обучения под названием PRIMO (principal-component interferometric modeling, русс. «Интерферометрическое моделирование главных компонент») и обучили его (нейросети не программируют, а обучают) на 30 тысячах смоделированных изображениях аккреционных дисков чёрных дыр. После этого учёные дали алгоритму проанализировать данные EHT. В результате, PRIMO создал новое, намного более чёткое изображение силуэта чёрной дыры. Оно демонстрирует значительно больше деталей окружающего её аккреционного диска, который исследователи в шутку назвали «тощим пончиком». По словам авторов, изображение согласуется как с данными EHT, так и с теоретическими предсказаниями, в первую очередь яркими кольцами, возникающими в результате падения горячего газа в чёрную дыру.
Новое изображение M87 позволит астрономам более точно определить массу чёрной дыры. Также оно даст возможность ужесточить ограничения на альтернативные модели её горизонта событий и обеспечить более надёжные проверки теории гравитации. В будущем же PRIMO хотят задействовать для обработки других изображений, в том числе и снимка расположенной в центре Млечного пути чёрной дыры Стрелец А*.
Слева показано исходное изображение чёрной дыры, справа — улучшенное PRIMO.
Credit: EHT/Lia Medeiros at al.
3 минуты
19 апреля 2023
127 читали