Учёные независимо подтвердили знаменитое изображение чёрной дыры M87*
Австралийские учёные из национального научного агентства CSIRO разработали новый метод обработки радиотелескопических данных, который независимо подтвердил достоверность первого изображения чёрной дыры M87*, опубликованного в 2019 году. Используя искусственный интеллект и оригинальные наблюдения сети Event Horizon Telescope (EHT), исследователи восстановили характерную кольцеобразную структуру вокруг чёрной дыры без предварительного задания её формы.
Метод под названием GenDIReCT позволяет восстанавливать изображения по данным радиоинтерферометрии, практически исключая влияние ошибок калибровки отдельных телескопов. Вместо обычного сравнения сигналов между двумя антеннами алгоритм использует специальные математические комбинации измерений нескольких телескопов, устойчивые к атмосферным и инструментальным искажениям. Нейросеть, обученная на изображениях, не связанных с астрономией, анализирует эти данные и восстанавливает наиболее вероятную структуру наблюдаемого объекта.
Необходимость такой проверки связана со сложностью получения изображений чёрных дыр. Телескоп EHT объединяет радиотелескопы, расположенные на разных континентах, фактически создавая виртуальную антенну размером с Землю. Однако количество измерений остаётся ограниченным, поэтому построение итогового изображения требует сложной математической обработки. Выбор алгоритмов и исходных параметров способен влиять на отдельные детали восстановленной картины.
Исследователи применили GenDIReCT к наблюдениям M87*, полученным в 2017, 2018 и 2021 годах. Во всех трёх наборах данных система восстановила компактное светящееся кольцо с тёмной центральной областью. Его форма и размеры оказались близки к результатам первоначальной обработки EHT, несмотря на принципиально другой метод реконструкции.
Измеренный угловой диаметр кольца составил 42,2 ± 1,5 микросекунды дуги. На основании этого значения исследователи оценили массу центральной чёрной дыры примерно в 6,5 ± 0,5 миллиарда масс Солнца. Результат согласуется с предыдущими оценками и подтверждает, что кольцеобразная структура не является искусственным следствием первоначальных методов обработки данных.
Дополнительное сравнение с компьютерными моделями показало, что наблюдаемая структура лучше всего соответствует направлению наблюдения под углом около 20 градусов относительно оси приближающегося релятивистского джета. При этом определить точную скорость вращения самой чёрной дыры пока не удалось.
Новый метод не устраняет все неопределённости в деталях изображения, включая распределение яркости вдоль кольца. Однако независимое воспроизведение его основной структуры по наблюдениям разных лет значительно укрепляет достоверность знаменитого результата EHT. Разработанная технология также может применяться при обработке других сложных измерений, в том числе в медицинской визуализации и исследованиях землетрясений.
Исследование в журнале Nature.