Pierwsze zdjęcie czarnej dziury wygląda jak „chudy” tort

(CNN) Pierwsze zdjęcie czarnej dziury, jakie kiedykolwiek zrobiono, jest teraz znacznie wyraźniejsze.

Pierwotnie wydany w 2019 rokujak nigdy przedtem Historyczne zdjęcie supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki Messier 87 uchwyciło zasadniczo niewidoczne ciała niebieskie przy użyciu bezpośredniego obrazowania.

Zdjęcie dostarczyło pierwszego bezpośredniego wizualnego dowodu na istnienie czarnych dziur, ukazując centralny ciemny obszar otoczony pierścieniem światła, który wydaje się jaśniejszy po jednej stronie. Astronomowie nazwali obiekt „rozmytym pomarańczowym pączkiem”.

Naukowcy wykorzystali teraz uczenie maszynowe, aby nadać obrazowi czystszą aktualizację, która wygląda bardziej jak „chudy” pączek, twierdzą naukowcy. Centralny obszar jest ciemniejszy i większy, otoczony jasnym pierścieniem, w którym gorący gaz wpada do czarnej dziury na nowym zdjęciu.

W 2017 roku astronomowie postanowili obserwować niewidzialne serce masywnej galaktyki Messier 87, czyli M87, w pobliżu gromady galaktyk w Pannie, oddalonej o 55 milionów lat świetlnych od Ziemi.

Event Horizon Telescope Collaboration, zwana EHT, to globalna sieć teleskopów, które wykonały pierwsze zdjęcie czarnej dziury. Ponad 200 badaczy pracowało nad projektem przez ponad dekadę. Nazwa projektu pochodzi od horyzontu zdarzeń, proponowanej granicy wokół czarnej dziury, która wyznacza punkt bez powrotu, z którego nie może uciec żadne światło ani promieniowanie.

Według Europejskiego Obserwatorium Południowego, które jest częścią EHT, aby uchwycić obraz czarnej dziury, naukowcy połączyli moc siedmiu radioteleskopów na całym świecie za pomocą bardzo długiej interferometrii. ta grupa Stworzył wirtualny teleskop mniej więcej tej samej wielkości co Ziemia.

Osiągnięto maksymalną dokładność

Dane z pierwotnej obserwacji z 2017 roku zostały połączone z technologią uczenia maszynowego, aby uchwycić w pełnej rozdzielczości to, co teleskopy zobaczyły po raz pierwszy. Nowe, bardziej szczegółowe zdjęcie zostało opublikowane wraz z badaniem W czwartek w Listy z dziennika astrofizycznego.

powiedziała główna autorka badań Lia Medeiros, adiunkt w dziedzinie astrofizyki w School of Natural Sciences w Institute for Advanced Study w 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 około dwa razy mniejsza, co będzie silnym ograniczeniem dla naszych modele teoretyczne i testy grawitacyjne”.

Medeiros i inni członkowie EHT opracowali modelowanie interferencji głównych składowych, lub PRIMO. Algorytm opiera się na uczeniu słownikowym, w którym komputery tworzą reguły na podstawie dużej ilości materiału. Jeśli komputer otrzyma serię różnych obrazków bananów i trochę przeszkoli, może być w stanie stwierdzić, czy nieznany obrazek zawiera banana.

Komputery korzystające z PRIMO przeanalizowały ponad 30 000 symulowanych obrazów czarnych dziur w wysokiej rozdzielczości, aby wyłowić typowe szczegóły strukturalne. Zasadniczo pozwoliło to uczeniu maszynowemu wypełnić luki w oryginalnym obrazie.

„PRIMO to nowe podejście do trudnego zadania tworzenia obrazów z obserwacji EHT” – powiedział Todd Lauer, astronom z Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory National Science Foundation. NOIRLab. „Zapewnia sposób na zrekompensowanie brakujących informacji o monitorowanym obiekcie, co jest wymagane do wygenerowania obrazu, który byłby widziany za pomocą jednego gigantycznego radioteleskopu wielkości Ziemi”.

Rozwój badań nad czarnymi dziurami

Według niego czarne dziury składają się z ogromnych ilości materii upchniętej w małym obszarze NASA, która tworzy ogromne pole grawitacyjne, które przyciąga wszystko wokół siebie, w tym światło. Te potężne zjawiska niebieskie mają również sposób na nagrzewanie otaczającej ich materii i zakrzywianie czasoprzestrzeni.

Materia gromadzi się wokół czarnych dziur, nagrzewa się do miliardów stopni i osiąga prędkość bliską prędkości światła. Światło jest zakrzywiane wokół grawitacji czarnej dziury, w wyniku czego powstaje pierścień fotonowy widoczny na zdjęciu. Cień czarnej dziury jest reprezentowany przez ciemny obszar centralny.

Optyczne potwierdzenie czarnych dziur służy również jako potwierdzenie Ogólna teoria względności Alberta Einsteina. Teoretycznie Einstein przewidział, że gęste i zwarte obszary przestrzeni będą miały grawitację tak intensywną, że nic nie będzie mogło z nich uciec. Ale jeśli gorący materiał w postaci plazmy otacza czarną dziurę i emituje światło, horyzont zdarzeń może być widoczny.

Nowy obraz może pomóc naukowcom w dokładniejszych pomiarach masy czarnej dziury. Naukowcy mogą również zastosować PRIMO do innych obserwacji EHT, w tym obserwacji Czarna dziura w centrum naszej Drogi Mlecznej.

„Photo 2019 to dopiero początek” – powiedział Medeiros. „Jeśli obraz jest wart tysiąca słów, dane stojące za tym obrazem mają o wiele więcej do opowiedzenia. PRIMO nadal będzie krytycznym narzędziem do wydobywania takich spostrzeżeń”.