Czarna dziura w galaktyce M87, która jest „pączkiem” zamieniła się w pierścień

Pierwsze zdjęcie czarnej dziury, opublikowane w 2019 roku, zostało nazwane przez konsorcjum International Event Horizon Telescope (EHT). „przełom roku” z magazynu nauka. Pomarańczowy pączek, będący wynikiem połączonych obserwacji kilku radioteleskopów, ujawnił cechy potwora o masie kilku miliardów mas Słońca, czyhającego w centrum galaktyki Messier 87 (M87), położonej 53 miliony lat świetlnych od Ziemi, w Konstelacja. Panna. Nowa analiza danych oparta na technologiach sztucznej inteligencji (AI) zapewnia dokładny obraz.

Ciasto 2019 wygląda teraz bardziej jak zwykły pomarańczowy pierścień. Na wstępie należy zaznaczyć, że sama czarna dziura, z której żadne światło nie może się wydostać, pojawia się tylko domyślnie i jest to ciemna sylwetka w centrum bardzo gorącego gazowego dysku akrecyjnego, który obracając się w swoim kierunku, emituje silne promieniowanie . Ta zmiana obrazu nie jest wynikiem nowych obserwacji, ale przetwarzania danych przy użyciu uczenia maszynowego, techniki sztucznej inteligencji wdrożonej przez Lię Medeiros (Institute for Advanced Study, IAS, Princeton) i jej kolegów członków EHT, oraz Opisany 13 kwietnia w Listy astrofizyczne.

Zdjęcie z 2019 roku pochodzi z obserwacji wykonanych w 2017 roku przez siedem radioteleskopów rozsianych po całej Ziemi – z których jeden znajduje się na biegunie południowym! Synchronizując je, EHT uzyskał ekwiwalent anteny o średnicy 9 000 kilometrów, dzięki procesowi znanemu jako „bardzo długa interferometria podstawowa”. Ale technika, której dokładność jest czasami porównywana do możliwości zobaczenia z Ziemi ekwiwalentu pączka na powierzchni Księżyca, ma pewne wady: wyświetlanego obrazu nie można porównać z obrazem fotograficznym, takim jak wykonany przez teleskopy, takie jak Hubble, ale zrekonstruować dane zebrane przez oba radioteleskopy. „Dedukujemy najbardziej prawdopodobny obraz, który jest bardzo złożony, ponieważ w grę wchodzi wiele parametrów”.określa Alain Riazuelo, naukowiec z Instytutu Astrofizycznego w Paryżu.

reprezentacja nowych danych

To są luki, które Lea Medeiros i jej koledzy próbowali wypełnić. Brakujące informacje zostały zasymulowane przez gałąź uczenia maszynowego zwaną uczeniem słownikowym, która pozwala komputerom budować reguły z dużych zbiorów danych. W tym przypadku System Primo (Modelowanie bazowej interferometrii składowej) zawiera 30 000 symulacji dysków akrecyjnych, obejmujących pełny zakres modeli gromadzenia się materii w pobliżu czarnych dziur. Primo, który karmił tę grupę, zaproponował nową reprezentację danych EHT, która pozwala na lepsze zarządzanie lukami obserwacyjnymi.

„Używamy fizyki do wypełniania brakujących obszarów danych w sposób, jakiego nigdy wcześniej nie widzieliśmy przy użyciu uczenia maszynowego.Lea Medeiros raduje się w komunikacie prasowym. Może to mieć istotne implikacje dla interferometrii, która odgrywa rolę w różnych dziedzinach, od egzoplanet po medycynę. » Uzyskane nowe zdjęcia powinny pozwolić na dokładniejsze określenie masy czarnej dziury M87 oraz parametrów fizycznych, które decydują o jej obecnym wyglądzie, potwierdza IAS w tym samym komunikacie prasowym: „Szerokość pierścienia na obrazie jest teraz dwukrotnie mniejsza, co będzie istotnym ograniczeniem dla naszych modeli teoretycznych i testów grawitacji”. W pobliżu czarnych dziur poznaje też Lię Medeiros.

„Nowy obraz wyraźniej identyfikuje wewnętrzną krawędź dysku akrecyjnego”.zauważa Alan Riazuelo, który ocenia na podstawie tego wyniku Obiecujące, czekające na potwierdzenie. Pierwsze zdjęcie czarnej dziury Sagittarius A*, znajdującej się w centrum naszej galaktyki, Drogi Mlecznej, opublikowane przez EHT w maju 2022 r., mogłoby skorzystać na tym samym zabiegu. Ale ćwiczenie może być bardziej skomplikowane, ponieważ nasza czarna dziura, która jest około 2000 razy mniej masywna niż M87, widzi materię, którą zasysa, grawitując wokół niej w bardziej stałym tempie, co oznacza bardzo szybkie zmiany w jej fizjonomii, co jest trudny do zrozumienia za pomocą interferometrii naziemnej.

Te dwie czarne dziury, wystarczająco blisko jednej i dużej drugiej, są jedynymi, które można obecnie „zobaczyć” tą techniką. Dlatego astronomowie mają w planach ambitniejsze projekty interferometryczne oparte na sieci kosmicznych radioteleskopów, które pozwolą ponownie zmienić skalę – dodaje Alan Riazuelo. Ostrzega, że ​​wyzwaniem nie będzie już czekanie na przybycie dysków z bieguna południowego, jak ma to miejsce w przypadku EHT, ale znalezienie sposobu na odzyskanie ogromnej ilości danych przesłanych z kosmosu.