Inteligența Artificială a refăcut prima imagine a unei găuri negre. Cum arată acum?

Prima imagine a unei găuri negre îmbunătățită cu ajutorul Inteligenței Artificiale marchează aniversarea unui eveniment major pentru astrofizică.

Pe 10 aprilie 2019, colaborarea Event Horizon Telescope (EHT) a dezvăluit prima imagine a unei găuri negre. Acum, oamenii de știință au folosit o nouă tehnică de învățare automată pentru a reprocesa datele originale pentru a dezvălui o imagine nouă și mai clară a materialului portocaliu aprins care se învârte în jurul M87*.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Noua imagine ne oferă o privire mai detaliată asupra mediului extrem din jurul unei găuri negre, ceea ce va îmbunătăți și analizele științifice.

Prima imagine a unei găuri negre a fost îmbunătățită folosind AI

„Cu noua noastră tehnică de învățare automată, PRIMO, am reușit să obținem rezoluția maximă a matricei actuale”, spune astrofiziciana Lia Medeiros, de la Institute for Advanced Study (SUA) și EHT.

„Deoarece nu putem studia găurile negre de aproape, detaliul dintr-o imagine are un rol esențial în capacitatea noastră de a înțelege comportamentul acestora. Lățimea inelului din imagine este acum de aproximativ două ori mai mică, ceea ce va fi important pentru modelele noastre teoretice și pentru testele de gravitație”, spune Medeiros.

Galaxia care găzduiește M87*, Messier 87 (sau M87), este situată la 55 de milioane de ani-lumină distanță față de noi. A fost aleasă ca primă țintă pentru EHT pentru că este relativ aproape și pentru că, având masa de 6,5 miliarde de ori mai mare decât a Soarelui, gaura neagră supermasivă din centrul său este suficient de mare și activă încât tehnologia noastră actuală să o poată vedea.

Găurile negre, evident, nu pot fi văzute direct; dar o gaură neagră supermasivă activă, sau una care se hrănește activ cu materie, are în jurul ei un disc fierbinte și un tor de material care strălucește. Chiar și așa, obținerea unei imagini cu M87* nu a fost deloc simplă, scrie Science Alert.

A fost nevoie de puterea combinată a șapte radiotelescoape de pe tot globul pentru a crea ceea ce este de fapt un telescop de dimensiunea Pământului și de patru zile de timp de observare pentru a colecta datele care în cele din urmă au devenit imaginea acum familiară. Apoi a urmat procesarea datelor, care a fost extrem de intensivă.

Algoritmul PRIMO

Cu toate acestea, deși inovatoare și eficientă, tehnica de combinare a celor șapte telescoape (cunoscută sub numele de interferometrie) nu este perfectă. Există lacune în date, deoarece telescoapele nu sunt de fapt un singur receptor mare, de dimensiunea Pământului, ci sunt distanțate fizic. Așa că Medeiros și colegii ei au dezvoltat un algoritm de învățare automată numit modelare interferometrică cu componente principale (PRIMO) pentru a completa aceste lacune.

„PRIMO este o nouă abordare a sarcinii dificile de a construi imagini din observațiile EHT. Această abordare oferă o modalitate de a compensa informațiile lipsă despre obiectul observat, care sunt necesare pentru a genera imaginea care ar fi fost văzută folosind un singur radiotelescop gigantic de dimensiunea Pământului”, explică astronomul Tod Lauer, de la NOIRLab.

PRIMO se bazează pe așa-numita învățare de dicționar, în care un algoritm este antrenat arătându-i-se mii de exemple cu un anumit lucru pentru a afla regulile după care funcționează acel lucru. Cercetătorii au instruit PRIMO cu peste 30.000 de imagini simulate ale găurilor negre active, astfel încât să poată afla cum funcționează acestea și să caute modele.

Apoi, PRIMO a produs ceea ce cercetătorii spun că este o imagine foarte precisă a lui M87*, la rezoluția maximă posibilă în prezent. Prima imagine a unei găuri negre îmbunătățită cu AI dezvăluie structura care lipsește din imaginea originală și este în concordanță atât cu cele patru zile de date colectate în 2017, în jur de 5 petaocteți, cât și cu predicțiile teoretice.

Abordarea va fi foarte utilă pentru viitor

Această nouă imagine i-a permis echipei să efectueze măsurători mai detaliate decât era posibil anterior ale M87* și să efectueze teste mai stricte ale regimului gravitațional din jurul acesteia. În viitor, algoritmul poate fi aplicat și altor astfel de imagini, inclusiv celei cu Sagittarius A*, gaura neagră supermasivă din inima Căii Lactee, care a fost dezvăluită anul trecut.

„Imaginea din 2019 a fost doar începutul. Dacă o imagine valorează cât o mie de cuvinte, datele care stau la baza acelei imagini au multe mai multe povești de spus. PRIMO va continua să fie un instrument critic în extragerea unor astfel de perspective”, spune Medeiros.

Cercetarea a fost publicată în The Astrophysical Journal Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

Fizicienii au generat cu succes mici erupții solare în laborator

Oamenii de știință au surprins rafalele de vânt dintr-un sistem îndepărtat de stele neutronice

Agenția Spațială Europeană a amânat lansarea pentru misiunea JUICE

O fotografie uimitoare cu Pământul a fost realizată de satelitul indian EOS-06