Машинное обучение помогло повысить резкость первого изображения черной дыры
Мир с восторгом наблюдал, когда в 2019 году ученые представили первое в истории изображение черной дыры , на котором была показана огромная черная дыра в центре галактики Мессье 87. Теперь это изображение было уточнено и отточено с помощью методов машинного обучения. Подход, названный PRIMO или интерферометрическим моделированием основных компонентов, был разработан некоторыми из тех же исследователей, которые работали над оригинальным проектом Event Horizon Telescope , в ходе которого была сделана фотография черной дыры.
Это изображение объединило данные семи радиотелескопов по всему миру, которые работали вместе, чтобы сформировать виртуальный массив размером с Землю. Хотя этот подход был удивительно эффективен при обнаружении такого отдаленного объекта, расположенного на расстоянии 55 миллионов световых лет, это означало, что в исходных данных были некоторые пробелы. Для заполнения этих пробелов был использован новый подход машинного обучения, который позволяет получить более четкое и точное конечное изображение.
«С нашей новой техникой машинного обучения PRIMO мы смогли достичь максимального разрешения текущего массива», — заявила в своемзаявлении ведущий автор исследования Лия Медейрос из Института перспективных исследований. «Поскольку мы не можем изучать черные дыры вблизи, детали изображения играют решающую роль в нашей способности понять их поведение. Ширина кольца на изображении теперь меньше примерно в два раза, что станет серьезным ограничением для наших теоретических моделей и тестов гравитации».
PRIMO обучался с использованием десятков тысяч примеров изображений, созданных на основе моделирования аккреции газа на черную дыру. Проанализировав изображения, полученные в результате этих симуляций, на наличие закономерностей, PRIMO смогла уточнить данные для изображения EHT. Планируется, что тот же метод можно будет использовать и для будущих наблюдений коллаборации EHT.
«PRIMO — это новый подход к сложной задаче построения изображений из наблюдений EHT», — сказал другой исследователь, Тод Лауэр из NOIRLab NSF. «Это дает способ компенсировать недостающую информацию о наблюдаемом объекте, которая требуется для создания изображения, которое можно было бы увидеть с помощью одного гигантского радиотелескопа размером с Землю».
В 2022 году коллаборация EHT дополнила свое изображение черной дыры в M87 потрясающим изображением черной дыры в сердце Млечного Пути , так что это изображение может стать следующей целью для повышения резкости с использованием этой техники.
«Изображение 2019 года было только началом, — сказал Медейрос. «Если изображение стоит тысячи слов, данные, лежащие в основе этого изображения, могут рассказать еще много историй. PRIMO по-прежнему будет важным инструментом для извлечения такой информации».
Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters .