Pierwsze zdjęcie czarnej dziury przypomina „chudego” pączka

(CNN) Pierwsze zrobione zdjęcie czarnej dziury wygląda teraz nieco ostrzej.

Pierwotnie opublikowany w 2019 rBez precedensu Historyczny obraz supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki Messier 87 uchwycił zasadniczo niewidoczny obiekt niebieski Korzystanie z obrazowania na żywo.

Zdjęcie przedstawia pierwszy bezpośredni wizualny dowód istnienia czarnych dziur, ukazując centralny ciemny obszar otoczony pierścieniem światła, który wydaje się jaśniejszy po jednej stronie. Astronomowie nadali temu obiektowi przydomek „rozmyty, pomarańczowy pączek”.

Naukowcy powiedzieli, że teraz naukowcy wykorzystali uczenie maszynowe do renderowania obrazu jako „chudego” pączka z lepszą aktualizacją. Na nowym zdjęciu centralny obszar jest ciemny i masywny, otoczony jasnym pierścieniem, gdy gorący gaz wpada do czarnej dziury.

W 2017 roku astronomowie postanowili obserwować niewidzialne serce masywnej galaktyki Messier 87, czyli M87, w pobliżu konstelacji Panny, 55 milionów lat świetlnych od Ziemi.

Event Horizon Telescope Collaboration, znana jako EHT, to globalna sieć teleskopów, które wykonały pierwsze zdjęcie czarnej dziury. Ponad 200 badaczy pracowało nad projektem przez ponad dekadę. Nazwa schematu pochodzi od horyzontu zdarzeń, proponowanej granicy wokół czarnej dziury, z której nie może uciec żadne światło ani promieniowanie.

Aby uchwycić obraz czarnej dziury, naukowcy połączyli moc siedmiu radioteleskopów na całym świecie, korzystając z interferometrii o bardzo długiej linii bazowej, Europejskiego Obserwatorium Południowego, które jest częścią EHT. Ta sekwencja Efektywne tworzenie wirtualnego teleskopu o rozmiarach Ziemi.

Osiągnięto „maksymalną rozdzielczość”.

Oryginalne dane obserwacyjne z 2017 roku zostały połączone z techniką uczenia maszynowego, aby uchwycić w pełnej rozdzielczości to, co teleskopy zobaczyły po raz pierwszy. Opublikowano nowy, szczegółowy obraz wraz z badaniem W czwartek Listy z dziennika astrofizycznego.

„Dzięki naszej nowej technice uczenia maszynowego PRIMO byliśmy w stanie osiągnąć najwyższą rozdzielczość bieżącej sekwencji” – powiedziała główna autorka badania, Leah Medeiros. Princeton, New Jersey, w oświadczeniu.

„Ponieważ nie możemy badać czarnych dziur z bliska, szczegóły obrazu odgrywają ważną rolę w naszej zdolności zrozumienia ich zachowania. Szerokość pierścienia na obrazie jest teraz dwukrotnie mniejsza. Potężne ograniczenie dla naszych modeli teoretycznych i eksperymenty grawitacyjne”.

Medeiros i inni członkowie EHT opracowali modelowanie interferometryczne głównych składowych, lub PRIMO. Algorytmy opierają się na uczeniu słownikowym, w którym komputery generują reguły na podstawie dużych zbiorów obiektów. Jeśli komputer otrzyma serię obrazów różnych bananów, w połączeniu z pewnym szkoleniem, może wykryć, czy nieznany obraz zawiera banana, czy nie.

Komputery korzystające z PRIMO przeanalizowały ponad 30 000 symulowanych obrazów czarnych dziur w wysokiej rozdzielczości, aby wyłowić typowe szczegóły strukturalne. Umożliwiło to uczeniu maszynowemu wypełnienie luk w oryginalnym obrazie.

„PRIMO to nowe podejście do trudnego zadania tworzenia obrazów z obserwacji EHT” – powiedział astronom Todd Lauer z National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory w National Science Foundation. NOIRLab. „To zapewnia sposób na zrekompensowanie brakujących informacji o obserwowanym obiekcie, które są wymagane do wytworzenia obrazu, który można zobaczyć za pomocą masywnego radioteleskopu wielkości Ziemi”.

Postęp badań nad czarnymi dziurami

Czarne dziury składają się z dużej ilości materii ściśniętej na małym obszarze NASA, tworzy ogromne pole grawitacyjne, które przyciąga wszystko wokół siebie, w tym światło. Te potężne wydarzenia na niebie mają sposób na ogrzewanie otaczającej ich materii i zmianę czasoprzestrzeni.

Materia gromadzi się wokół czarnych dziur, rozgrzewając je do miliardów stopni i osiągając prędkość bliską prędkości światła. Światło zagina się wokół przyciągania grawitacyjnego czarnej dziury, tworząc pierścień fotonowy widoczny na zdjęciu. Cień czarnej dziury jest reprezentowany przez ciemny obszar centralny.

Wizualne potwierdzenie czarnych dziur służy również jako potwierdzenie Ogólna teoria względności Alberta Einsteina. Teoretycznie Einstein przewidział, że najgęstsze i najbardziej zwarte obszary przestrzeni będą miały przyciąganie grawitacyjne tak silne, że nic nie będzie w stanie przed nim uciec. Ale jeśli gorący materiał w postaci plazmy otacza czarną dziurę i emituje światło, horyzont zdarzeń jest widoczny.

Nowy obraz pomoże naukowcom dokładniej zmierzyć masę czarnej dziury. Naukowcy mogą używać PRIMO do innych obserwacji EHT Czarna dziura w centrum naszej Drogi Mlecznej.

„Film z 2019 roku to dopiero początek” – powiedział Medeiros. „Jeśli obraz jest wart tysiąca słów, dane leżące u podstaw tego obrazu mają o wiele więcej historii do opowiedzenia. PRIMO nadal będzie ważnym narzędziem w wydobywaniu spostrzeżeń”.