ایجاد تصویری با بالاترین وضوح از یک سیاهچاله

در سال ۲۰۱۹ اولین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله گرفته شد که بیشتر شبیه یک دونات نارنجی رنگی است. اکنون،یک تیم پژوهشی این تصویر را با کمک الگوریتم‌های یادگیری ماشینی اصلاح کرده تا بالاترین وضوح تصویر ممکن را با داده‌های اصلی تولید کند.

به گزارش سیناپرس، اخترفیزیکدانان برای چندین دهه به وجود سیاهچاله ها مشکوک بوده اند و در حالی که شواهد غیرمستقیم زیادی برای اثبات آنها وجود دارد، تصاویر مستقیم همچنان مبهم باقی مانده اند.

تأثیر گرانشی شدید سیاهچاله‌ها مواد اطراف آن‌ها را گرم کرده و یک دیسک روشن ایجاد می‌ کند که جسم بی‌نهایت تاریک در مرکز را برجسته می ‌کند. با استفاده از این روش، تلسکوپ افق رویداد (EHT) در نهایت اولین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله را ایجاد کرده و 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. این تصویر هر چند که پیشگامانه بود، تصویر کاملا مبهم بود، بنابراین اکنون تیم EHT آن را واضح تر کرده است.

کلید تصویر جدید و بهبود یافته یک الگوریتم یادگیری ماشینی به نام مدل‌سازی تداخل سنجی اصولی (PRIMO) است. 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 ضعف هایی در تصویر دارد زیرا نمی توان سطح سیاره را با تلسکوپ ها پوشش داد.

مدل‌سازی تداخل سنجی برای اصلاح این ضعف ها طراحی شده است. این سیستم یادگیری ماشینی بر روی بیش از ۳۰ هزار 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 شده و سپس با هم ترکیب شدند تا تصاویری از ظاهر سیاهچاله ها ایجاد کنند.

نتیجه نهایی تصویری بسیار واضح تر از سیاهچاله مرکزی M87 است که ضعف ها را از بین می برد تا سیاهچاله بزرگتر و تیره تر و حلقه درخشانی را ببینیم که عرض آن فقط نصف عرض قبلی است. این تیم می ‌گوید این تصویر به حداکثر وضوح احتمالی خود رسیده است.

به گزارش سیناپرس، تصویر جدید می ‌تواند به دانشمندان در بهبود مدل‌های فیزیک سیاه‌چاله و گرانش کمک کرده و این تکنیک را می ‌توان در تصاویر دیگری مانند تصویری که همکاری تلسکوپ افق رویداد از سیاه‌چاله ابرپرجرم خود راه شیری در سال گذشته گرفت، به کار برد.

شرح کامل این تحقیق در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

مترجم: مهدی فلاحی پناه