Перше фото чорної діри змінили до непізнаваності завдяки ШІ: це відкриває нові горизонти

16.04.2023 08:03

Штучний інтелект допоміг науковцям покращити перше в історії фото чорної діри в галактиці Мессьє 87, яке було зроблене в 2019 році. Тоді фото наробило багато галасу серед науковців, але пересічні користувачі не зрозуміли його величі поскаржившись на розмитість і незрозумілість знімку.

Оновлене фото було опубліковано в дослідженні, яке з'явилося в журналі Astrophysical Journal Letters. У ньому вчені розповіли про технологію ШІ, яка допомогла покращити фото, а також про те, як це допоможе у дослідженні нашої галактики Чумацький Шлях.

Якщо на першому фото чорної діри можна було побачити "вогняний пончик", як його описали в мережі, то після обробки нейромережі на фото видно золоте кільце.

Чорна діра M87 до та після обробки ШІ PRIMO. Джерело: The Astrophysical Journal Letters

Оновлене фото допоможе вченим краще зрозуміти її характеристики та екстраполювати отримані дані на чорну діру центрі нашої галактики – Чумацький Шлях.

Історичне фото надмасивної чорної діри M87 було зроблене телескопом "Горизонт подій" (EHT) і оприлюднене у 2019 році. Дані для нього збиралися у 2017 році.

Телескоп EHT – це мережа з семи телескопів, які розташовані по всьому світу. Це дозволяє робити феноменальні спостереження, але вони не обходяться без вад. Саме тому вчені вирішили використати ШІ для покращення результатів.

Для нового дослідження з покращення фото чорної діри, було використано новітню техніку машинного навчання, яка називається інтерферометричне моделювання головних компонент або PRIMO. Ця техніка дозволила позбутися вад EHT та покращити роздільну здатність телескопу до максимальної.

Чорна діра M87 через телескоп EHT (ліворуч) та покращена за допомогою PRIMO (праворуч). Джерело: L. Medeiros (Institute for Advanced Study), D. Psaltis (Georgia Tech), T. Lauer (NSF’s NOIRLab), and F. Ozel

"Оскільки ми не можемо вивчати чорні діри зблизька, деталі зображення відіграють вирішальну роль у нашій здатності зрозуміти їхню поведінку", – пояснила провідна авторка дослідження Лія Медейрос, пише LiveScience.

Завдяки ШІ ширину "вогняного" кільця вдалося зменшити приблизно вдвічі. Це, за словами Медейрос, стане важливим уточненням для теоретичних моделей і тестів гравітації.

Уточнене зображення M87, отримане за допомогою PRIMO, дає вченим шанс краще узгодити спостереження реальної чорної діри з теоретичними передбаченнями.

Щоб навчити PRIMO розуміти та розрізняти чорні діри, вчені показали ШІ 30 000 високоточних симульованих зображень цих космічних титанів, в той моменти, коли вони перебувають в процесі акреції, живлячись навколишнім газом.

Таким чином, ШІ навчили знаходити закономірності, щоб він міг відрізнити чорну діру від, скажімо, нечіткого фото пончика на темному тлі.

Фото чорної діри M87, зроблене 2017 року рентгенівською обсерваторією NASA Chandra. Джерело: NASA

Отримане PRIMO зображення M87 узгоджується з даними EHT, а також теоретичними моделями чорних дір, які пояснюють, що яскраве кільце є результатом прискорення газу до швидкостей, близьких до світлових. Це відбувається внаслідок надпотужного гравітаційного впливу чорної діри, який призводить до нагрівання газу та його світіння.

Тепер PRIMO спробують використати для покращення зображення чорної діри Sagittarius A, яка існує в центрі Чумацького Шляху. Її перше фото було оприлюднене в 2022 році.

Надмасивна чорна діра M87 знаходиться на відстані 55 мільйонів світлових років від Землі і має масу, еквівалентну 6,5 мільярдів Сонць.

Чорна діра M87 (ліворуч) та чорна діра Sagittarius A у центрі нашої галактики (праворуч). Джерело: EHT

Раніше OBOZREVATEL розповідав про чорну діру у далекій галактиці, яка розвернулася, спрямувавши промінь до Землі. Така її поведінка спантеличила навіть фізиків.

Підписуйтесь на канали OBOZREVATEL у Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.