Czarna dziura ostra dzięki sztucznej inteligencji. Jest piękna jak nigdy
Z pewnością pamiętacie czarną dziurę w centrum galaktyki Messier 87. Jej fotografia na stałe zapisała się w dziejach ludzkiej fascynacji Kosmosem. Było to pierwsze zdjęcie czarnej dziury. Teraz możemy spojrzeć na nie kolejny raz dzięki sztucznej inteligencji, która sprawiła, że obraz jest dużo dokładniejszy.
Pierwszy w historii obraz supermasywnej czarnej dziury w galaktyce Messier 87 (M87 znanej też jako Panna A), nazwany przez astronomów "rozmytym pomarańczowym pączkiem", był imponującym dowodem na możliwości Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT). Jednak luki w zebranych danych i rozdzielczość ograniczały jakość obrazu.
Zespół Teleskopu Horyzontu Zdarzeń postanowił zwrócić się po pomoc sztucznej inteligencji. Naukowcy zastosowali nową technikę uczenia maszynowego o nazwie PRIMO (modelowanie interferometryczne głównych komponentów), dzięki czemu oryginalny obraz przeszedł metamorfozę. Opisali swoje osiągnięcie w nowym artykule opublikowanym w The Astrophysical Journal Letters.
PRIMO, algorytm sztucznej inteligencji, wykorzystano do oczyszczenia zdjęcia, co pozwoliło uzyskać lepszą rozdzielczość oraz odsłonić większą i ciemniejszą, centralną część otoczoną świecącym gazem. Obraz jest naprawdę wspaniały i oglądając go, można poczuć niemal te same emocje, co w 2019 r., kiedy to opublikowano pierwszą fotografię.
Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0
Czarna dziura w galaktyce Messier 87
Zdjęcie czarnej dziury Messier 87 zostało zaprezentowane przez zespół badawczy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) w kwietniu 2019 r. Teleskop Horyzontu Zdarzeń to międzynarodowy projekt, który łączy obserwatoria radiowe na całym świecie w jeden wirtualny teleskop o rozmiarze Ziemi. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie bardzo wysokiej rozdzielczości i obserwowanie obiektów kosmicznych o bardzo małych rozmiarach kątowych.
Oryginalne zdjęcie pokazuje ciemny okrąg otoczony jasnym pierścieniem. Okrąg to horyzont zdarzeń, czyli granica, za którą nic nie może się wydostać z czarnej dziury. Pierścień to światło emitowane przez gorący gaz krążący wokół czarnej dziury i zakrzywione przez jej grawitację. Kolor pomarańczowy wynika z długości fali promieniowania radiowego, które było użyte do obserwacji.
Zdjęcie jest nieostre i rozmazane, ponieważ czarna dziura jest bardzo odległa. Czarna dziura Messier 87 znajduje się w galaktyce Messier 87, która oddalona jest od Ziemi o około 55 milionów lat świetlnych. To znaczy, że widzimy ją taką, jaka była 55 milionów lat temu. Średnica horyzontu zdarzeń tej czarnej dziury wynosi około 40 miliardów kilometrów, co jest porównywalne z rozmiarem całego Układu Słonecznego. (sama czarna dziura ma masę 6,5 miliarda Słońc!). Jednak rozmiar kątowy tej czarnej dziury na niebie jest bardzo mały - około 40 mikrosekund kątowych. To znaczy, że aby ją zobaczyć, trzeba by patrzeć przez teleskop na monetę o średnicy jednego centymetra znajdującą się na Księżycu.
Jak została sfotografowana czarna dziura Messier 87?
Aby sfotografować czarną dziurę Messier 87, naukowcy musieli użyć bardzo zaawansowanej techniki obserwacyjnej. Wykorzystali oni interferometrię wielkobazową (VLBI), która polega na synchronizowaniu i łączeniu danych z wielu teleskopów radiowych rozmieszczonych na różnych kontynentach.
Do projektu EHT należało osiem teleskopów radiowych zlokalizowanych w Hiszpanii, Francji, USA, Meksyku, Chile i na Antarktydzie. W kwietniu 2017 r. teleskopy te przez kilka dni obserwowały czarną dziurę Messier 87 w zakresie fal o długości 1,3 mm. Długość fali ta została wybrana ze względu na to, że jest ona przenikliwa dla pyłu i gazu międzygalaktycznego oraz dla atmosfery ziemskiej.
Każdy teleskop rejestrował dane z częstotliwością 64 gigabajtów na sekundę i zapisywał je na specjalnych dyskach twardych. Łącznie zebrano ponad 5 petabajtów danych, które musiały być fizycznie przetransportowane do dwóch superkomputerów w Niemczech i USA. Tam dane zostały skorelowane i skalibrowane za pomocą specjalnego zegara atomowego. Następnie dane zostały poddane analizie i rekonstrukcji obrazu przy użyciu różnych algorytmów i technik matematycznych. W ten sposób powstało pierwsze zdjęcie czarnej dziury Messier 87.
