ایجاد تصویر واضح از سیاهچاله با کمک الگوریتم

در سال 2019 اولین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله گرفته شد، که شبیه یک دونات نارنجی رنگی است. اکنون، یک تیم تحقیقاتی این تصویر نمادین را با کمک الگوریتم‌های یادگیری ماشینی اصلاح کرده است تا بالاترین وضوح تصویر ممکن را با داده‌های اصلی تولید کند.

به گزارش تکناک، اخترفیزیکدانان برای دهه ها به وجود سیاهچاله ها مشکوک بوده اند و در حالی که شواهد غیرمستقیم بسیار زیادی از آنها وجود دارد، تصاویر مستقیم همچنان مبهم باقی مانده اند. به هر حال، چگونه می توانید از چیزی که خود نور نمی تواند از آن فرار کند، عکس بگیرید؟

پاسخ کنتراست است. نفوذ گرانشی شدید سیاهچاله‌ها مواد اطراف آنها را گرم می‌کند و یک دیسک روشن ایجاد می‌کند. این دیسک روشن جسم بی‌نهایت تاریک مرکز سیاه چاله را برجسته می‌کند. با استفاده از این روش، تلسکوپ افق رویداد (EHT) در نهایت اولین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله را در سال 2019 ایجاد کرد و این هیولای عظیم را در مرکز کهکشان M87 ثبت کرد.

این تصویر یک حلقه نارنجی متمایز را نشان می دهد که یک قلب سیاه را احاطه کرده است و فرضیه هایی را در مورد ظاهر سیاهچاله ها تایید می کند. هر چند که پیشگامانه بود، اما تصویر کاملا مبهم بود، بنابراین اکنون تیم EHT آن را واضح تر کرده است.

راه حل ایجاد تصویر جدید و بهبود یافته یک الگوریتم یادگیری ماشینی به نام مدل‌سازی تداخل سنجی جزء اصلی (PRIMO) بود. تصویر اصلی با ادغام داده های تلسکوپ های رادیویی در سراسر جهان برای ایجاد یک تلسکوپ مجازی به اندازه زمین گرفته شده است، اما انجام این کار به ناچار سوراخ هایی در تصویر دارد زیرا نمی توان سطح سیاره را با تلسکوپ ها پوشش داد.

PRIMO برای اصلاح این سوراخ ها طراحی شده است. این سیستم یادگیری ماشینی بر روی بیش از 30،000 تصویر شبیه سازی شده از سیاهچاله ها با حلقه های برافزایشی، از جمله طیف گسترده ای از مدل های مختلف، آموزش دیده است. الگوهای تکرار شونده بر اساس تعداد دفعات وقوع آنها مرتب شدند و سپس با هم ترکیب شدند تا تصاویری از ظاهر سیاهچاله ها ایجاد کنند. مشاهدات اولیه EHT با این تصاویر مقایسه شد تا ساختارهای گمشده در تصویر را تخمین بزنند.

نتیجه نهایی، تصویری بسیار واضح‌تر از سیاه‌چاله مرکزی M87 است که اختلالات تصویر قبلی را از بین برده است تا سیاه‌چاله‌ای بزرگ‌تر و تاریک‌تر و حلقه‌ای درخشان را ببینیم که پهنای آن نصف حلقه قبلی است. این تیم می‌گوید اگر شاهکار غیرممکن ساخت یک تلسکوپ رادیویی به اندازه کره زمین را میتوانستید انجام دهید،  این تصویر به حداکثر وضوحی می‌رسد که با این تلسکوپ میتوان به دست آورد.

تصویر جدید می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا مدل‌های فیزیک سیاه‌چاله و گرانش را بهبود بخشند. علاوه بر این، این تکنیک را می‌توان در تصاویر دیگری که توسط EHT گرفته شده، به کار برد.