Η τεχνητή νοημοσύνη αποκαλύπτει μια εκπληκτική, υψηλής ανάλυσης άποψη της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας του M87

Χρησιμοποιήστε αστρονόμους[{” attribute=””>machine learning to improve the Event Horizon Telescope’s first black hole image, aiding in black hole behavior understanding and testing gravitational theories. The new technique, called PRIMO, has potential applications in various fields, including exoplanets and medicine.

Astronomers have used machine learning to sharpen up the Event Horizon Telescope’s first picture of a black hole — an exercise that demonstrates the value of artificial intelligence for fine-tuning cosmic observations.

The image should guide scientists as they test their hypotheses about the behavior of black holes, and about the gravitational rules of the road under extreme conditions.

Επισκόπηση των προσομοιώσεων που δημιουργήθηκαν για το σετ εκπαίδευσης αλγορίθμων PRIMO. Πίστωση: Medeiros et al. 2023

Μια εικόνα EHT της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο ενός ελλειπτικού γαλαξία γνωστού ως M87, περίπου 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, θάμπωσε τον κόσμο της επιστήμης το 2019. Η εικόνα δημιουργήθηκε με συνδυασμό παρατηρήσεων από μια παγκόσμια σειρά ραδιοτηλεσκοπίων — αλλά κενά στο Τα δεδομένα σημαίνει ότι η εικόνα ήταν κάπως αποσπασματική και ασαφής.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε την περασμένη εβδομάδα στο Επιστολές Αστροφυσικού ΠεριοδικούΜια διεθνής ομάδα αστρονόμων περιέγραψε πώς συμπλήρωσε τα κενά αναλύοντας περισσότερες από 30.000 προσομοιωμένες εικόνες μιας μαύρης τρύπας.

«Χρησιμοποιώντας μια νέα μέθοδο μηχανικής μάθησης, την PRIMO, μπορέσαμε να επιτύχουμε τη μέγιστη ακρίβεια για την υπάρχουσα μήτρα», δήλωσε η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Leah Medeiros του Ινστιτούτου Προηγμένων Μελετών σε δελτίο τύπου.

Το PRIMO έχει μειώσει και οξύνει την άποψη του EHT για τον δακτύλιο της θερμής ύλης που περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα καθώς πέφτει σε μια βαρυτική ιδιομορφία. Ο Medeiros εξήγησε ότι αυτό τον κάνει κάτι περισσότερο από μια πιο όμορφη φωτογραφία.

«Δεδομένου ότι δεν μπορούμε να μελετήσουμε προσεκτικά τις μαύρες τρύπες, οι λεπτομέρειες της εικόνας παίζουν σημαντικό ρόλο στην ικανότητά μας να κατανοούμε τη συμπεριφορά τους», είπε. «Το πλάτος του δακτυλίου στην εικόνα είναι τώρα περίπου δύο φορές μικρότερο, κάτι που θα είναι ένας ισχυρός περιορισμός για τα θεωρητικά μας μοντέλα και τις δοκιμές βαρύτητας».

Η τεχνική που ανέπτυξαν η Medeiros και οι συνεργάτες της – γνωστή ως Μοντελοποίηση συμβολομετρίας κύριας συνιστώσας, ή το PRIMO για συντομία – αναλύει μεγάλα σύνολα δεδομένων εικόνων εκπαίδευσης για να βρει τους καλύτερους τρόπους συμπλήρωσης των δεδομένων που λείπουν. Είναι παρόμοιο με τον τρόπο που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές της τεχνητής νοημοσύνης για να αναλύσουν τα μουσικά έργα του Λούντβιχ φον Μπετόβεν Παράγει μια παρτιτούρα για την Ημιτελή Δέκατη Συμφωνία του συνθέτη.

Δεκάδες χιλιάδες προσομοιωμένες εικόνες EHT έχουν τροφοδοτηθεί στο μοντέλο PRIMO, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα δομικών μοτίβων του στροβιλιζόμενου αερίου στη μαύρη τρύπα του M87. Προσομοιώσεις που παρείχαν την καλύτερη προσαρμογή στα διαθέσιμα δεδομένα συνδυάστηκαν μαζί για να δημιουργήσουν μια ανακατασκευή υψηλής πιστότητας των δεδομένων που λείπουν. Η προκύπτουσα εικόνα στη συνέχεια υποβλήθηκε σε επανεπεξεργασία για να ταιριάζει με την πραγματική μέγιστη ανάλυση του EHT.

Οι ερευνητές λένε ότι η νέα εικόνα θα πρέπει να οδηγήσει σε πιο ακριβείς προσδιορισμούς της μάζας της μαύρης τρύπας του M87 και της έκτασης του ορίζοντα γεγονότων και του δακτυλίου προσαύξησής της. Αυτές οι αποφάσεις, με τη σειρά τους, θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο ισχυρές δοκιμές εναλλακτικών θεωριών σχετικά με τις μαύρες τρύπες και τη βαρύτητα.

Η καθαρότερη εικόνα του M87 είναι μόνο η αρχή. Το PRIMO μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να οξύνει τη θολή όψη του Τοξότη Α*, της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο μας, του τηλεσκοπίου Event Horizon.[{” attribute=””>Milky Way galaxy. And that’s not all: The machine learning techniques employed by PRIMO could be applied to much more than black holes. “This could have important implications for interferometry, which plays a role in fields from exoplanets to medicine,” Medeiros said.

Adapted from an article originally published on Universe Today.

Reference: “The Image of the M87 Black Hole Reconstructed with PRIMO” by Lia Medeiros, Dimitrios Psaltis, Tod R. Lauer and Feryal Özel3, 13 April 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/acc32d