В апреле 2019 года астрономы раскрыли одно из величайших достижений человечества в науке — первое в истории изображение черной дыры, которая была запечатлена в центре Мессье 87, массивной галактики в соседнем скоплении галактик Девы. Теперь, благодаря новой технике машинного обучения, которая повысила резкость изображения, была выпущена новая версия и M87* никогда не выглядел лучше (видео можно посмотреть ниже). Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.
На новом изображении, обработанном искусственным интеллектом, лучше видна темная центральная область объекта и неожиданно узкое яркое кольцо излучения горячего газа, падающего в черную дыру. Участвующие исследователи стремятся подчеркнуть, что это не использование ИИ для заполнения пробелов, как это делают некоторые смартфоны для улучшения возможностей изображения своих камер, а скорее использование исходных данных из коллаборации Event Horizon Telescope (EHT) и обработка их через их недавно разработанная программа, фактически представляющая полное разрешение EHT.
«С нашей новой техникой машинного обучения PRIMO мы смогли достичь максимального разрешения текущего массива», — говорит в своем заявлении ведущий автор Лия Медейрос, первый член коллаборации EHT. «Поскольку мы не можем изучать черные дыры вблизи, детали изображения играют решающую роль в нашей способности понять их поведение. Ширина кольца на изображении теперь меньше примерно в два раза, что станет серьезным ограничением для наших теоретических моделей и тестов гравитации».
Напомним историю этого изображения. Еще в апреле 2017 года коллаборация EHT повернула семь радиотелескопов по всему миру, чтобы они смотрели в одном направлении, идея заключалась в том, чтобы создать один телескоп размером с Землю. Их цель была амбициозной: изобразить тень горизонта событий сверхмассивной черной дыры, что они и сделали. До этого первого изображения единственным способом посмотреть на черную дыру было косвенное наблюдение за ее эффектами, а не за самим объектом. Черные дыры — это объекты, создающие столь сильное гравитационное поле, что ничто в его окрестностях, включая свет, не может ускользнуть.
Прямо на краю этой пропасти находится горизонт событий (центральный край оранжевого кольца, аккреционный диск), порог, на котором, чтобы избежать притяжения черной дыры, нужно двигаться быстрее скорости света — и согласно специальной теории относительности Эйнштейна ничто в космосе не может двигаться быстрее скорости света. Это тень горизонта событий M87*, которую удалось сфотографировать астрономам.
Теперь же, уже в наше время, ученые EHT разработали то, что они называют PRIMO (интерферометрическое моделирование с главными компонентами), которое основано на словарном обучении, где ИИ обучают «правилам», подвергая его тысячам примеров. Применив PRIMO к данным EHT M87*, было проанализировано 30 000 высокоточных смоделированных изображений горизонта событий, чтобы найти общие закономерности в изображениях. Смешивание результатов дало гораздо более четкое и все же очень точное представление наблюдений EHT, которому также удалось оценить некоторые недостающие данные из исходного изображения.
Команда ученых также подтвердила, что новое изображение согласуется как с исходными данными, так и с теоретическими ожиданиями того, на что похожа M87*. Использование этой новой техники может привести к более точным измерениям его массы и других характеристик, а также позволит улучшить и другие снимки.
«Изображение 2019 года было только началом. Если изображение стоит тысячи слов, данные, лежащие в основе этого изображения, могут рассказать еще много историй. PRIMO по-прежнему будет важным инструментом для извлечения такой информации», — поясняет Медейрос.