ИИ уточняет первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры
Четыре года назад группа ученых представила миру одно из величайших научных достижений человечества: первое в истории изображение черной дыры (точнее, ее тени). Благодаря новому методу машинного обучения исследователи смогли усовершенствовать это культовое изображение. Эта работа стала предметом исследования, опубликованного в журнале .
Историческая фотография
В 2019 году исследователи поделились с нами первым в истории прямым изображением тени черной дыры. Фотография была сделана телескопом Event Horizon Telescope (EHT) - глобальной сетью радиотелескопов, которые работают вместе, образуя виртуальный телескоп размером с Землю.
Эта сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре галактики M87, также известной как M87*, как полагают, имеет массу, примерно в 6,5 миллиарда раз превышающую массу нашего Солнца.
На этом изображении видно светящееся кольцо, представляющее собой аккреционный диск из раскаленной материи. Центр изображения представляет собой тень черной дыры, где гравитация настолько сильна, что даже свет не может вырваться наружу. Обратите внимание, что светлое кольцо асимметрично из-за эффекта Доплера, который делает одну часть кольца ярче другой по мере движения газа вокруг черной дыры.
Несмотря на свою необычность, это изображение, которое стало поворотным пунктом в астрономии, подтвердив предсказания общей теории относительности Эйнштейна относительно формы и размера тени черной дыры, показалось нам немного размытым. В недавнем исследовании ученые использовали инструмент искусственного интеллекта (ИИ) для уточнения контуров этого объекта.
Для детального анализа исследователи обратились к новой методике под названием Principal Component Interferometric Modelling (или PRIMO). Этот инструмент проанализировал более 30 000 высокоточных смоделированных изображений газовых аккреций черных дыр, чтобы найти общие закономерности. Затем они сортировались по частоте, после чего смешивались и накладывались на исходное изображение для получения более точной картины.
Сверив новое изображение с исходными данными и теорией о том, как должна выглядеть черная дыра, исследователи окончательно подтвердили, что их изображение очень близко к реальности.
"С помощью нашей новой методики машинного обучения PRIMO мы смогли достичь максимального разрешения нынешнего [телескопа]", — сказала Лиа Медейрос из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. "Поскольку мы не можем изучать черные дыры вблизи, детали изображения играют решающую роль в нашей способности понять их поведение. Ширина кольца на изображении теперь примерно в два раза меньше, что станет мощным ограничением для наших теоретических моделей и гравитационных тестов". Более точная визуализация позволит еще глубже изучить экстремальные эффекты, создаваемые этими вечно очаровательными и загадочными космическими монстрами.