İkonik Bir Kara Deliğin Keskin Yeni Görüntüsünü Görün

Süper kütleli bir kara deliğin ikonik ilk görüntüsü, makine öğrenimi sayesinde dramatik yeni bir görünüme sahip.

2019’da dünyayı büyüleyen resim, parlak, bulanık bir ışık halkası gösteriyordu. Ancak yayınlanan araştırma Astrofizik Dergi Mektupları 13 Nisan’da bu görüşü keskinleştirerek sade, siyah bir arka plana karşı dar halka. Bilim adamları, yeni görüntünün kara delikleri anlamamızdaki gelecekteki ilerlemeler için temel oluşturduğunu söylüyor.

Carnegie Mellon Üniversitesi’nde makine öğrenimini kendi alanında kullanan bir astrofizikçi olan Tiziana Di Matteo, “Belirli bir sorun için belirli bir algoritma geliştirdiğiniz ve fiziksel bilgi koyduğunuz ve önemli ilerleme kaydettiğiniz bu güzel niş içinde olduklarını düşünüyorum” diyor. çalıştı ve yeni araştırmaya dahil olmadı. “Bu, işlerin nasıl gelişebileceğine, nasıl daha ileriyi görebileceğinize, kelimenin tam anlamıyla nasıl daha keskin görebileceğinize dair güzel bir örnek,” diyor.

M87 galaksisi, Dünya’dan yaklaşık 54 milyon ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Kalbinde, güneşimizin yaklaşık 6,5 milyar katı kütleye sahip bir kara delik var. Bu dev, dünyanın dört bir yanında bulunan radyo gözlemevlerinden oluşan bir koalisyon olan Event Horizon Telescope’un (EHT) iki ana hedefinden biridir. Bilim adamları, bu kaynaklardan gelen verileri birleştirerek, esasen Dünya büyüklüğünde bir teleskop inşa ettiler – kara deliğin etrafında dönen parlak maddenin ayrıntılarını yakalayacak kadar güçlü.

Ancak EHT’nin temel bir sorunu var: verileri, ışığın yalnızca birkaç parçadan aktığı kirli bir pencereden gözlemlenen bir sahne gibi noktalı. 2019 görüntüsü ve yeni arkadaşı, gezegendeki yalnızca bir avuç konumdan toplanan verilere dayanıyordu ve bu da bilim adamlarının kara delik görüşünde büyük boşluklar bırakıyor.

Massachusetts Institute of Technology’den astrofizikçi Kazunori Akiyama, makine öğreniminin devreye girdiği yer burasıdır. Event Horizon Telescope iş birliği üyesi olan ancak yeni araştırmada yer almayan Haystack Gözlemevi.

Bilim adamları ilk görüntüyü oluşturduklarında, boşlukları doldurmak için genel bir makine öğrenimi sistemine güvendiler. (Örneğin, böyle bir sistem, komşu iki pikselin büyük ölçüde farklı olmaktansa aynı parlaklıkta olma olasılığının daha yüksek olduğuna karar verebilir.) Bu süreçten ayırt edici bir halka şeklindeki görüntü ortaya çıktığında, bu, bilim adamlarını gerçekten baktıklarına ikna etmeye yardımcı oldu. bir kara delikte. Ancak halkanın bulanıklığı, kara delik hakkında daha fazla şey öğrenmeyi zorlaştırdı.

Institute for Advanced Study’den bir astrofizikçi olan Lia Medeiros, “Bizim düşüncemiz – ve haklı olarak – ilk kez birinin bir kara delik gördüğü yönündeydi ve bu konuda gerçekten herhangi bir varsayımda bulunmak istemedik” diyor. Princeton, NJ ve 2019 imajının oluşturulmasına da yardımcı olan yeni araştırmanın yazarı. “Bunu daha önce hiç kimse görmedi ve bu yüzden teorilerimizle tutarlı olacağını varsaymak istemedik.”

EHT’nin ilk yapay zeka artırılmış yönteminin 2019 görüntüsü için iyi çalıştığından emin olan Medeiros ve meslektaşları, biraz farklı ve muhtemelen daha sofistike bir ikame ile bahsi yükseltmeye karar verdiler: ana bileşen interferometrik modelleme adını verdikleri bir makine öğrenimi yaklaşımı (PRIMO).

PRIMO, bilim adamlarının kara deliklerin nasıl görünmesini beklediklerinden türetilen ve algoritmanın farklı özelliklere (farklı kütleler, farklı dönüşler vb.) sahip bir dizi simüle kara delik üzerinde eğitimden derlediği kurallara göre çalışır. Sonuç, çok daha özel bir algoritmadır.

Akiyama, “Bu tamamen yeni bir yöntem” diyor. “Ne tür bir görüntünün muhtemel olduğu konusunda farklı bir varsayım kullanıyorlar.”

Ardından Medeiros ve meslektaşları, PRIMO’yu aynı ilk EHT verilerine uyguladılar. Daha fizik odaklı kurallar, gerçekten siyah bir merkezi çevreleyen daha dar bir halkayı tasvir eden çok daha keskin bir görüntü oluşturur. Bilim adamları, halkanın genişliği gibi özelliklerin kara deliğin temel özelliklerini yansıttığına inandıkları için, daha keskin görüş, bilim adamlarının devasa nesne hakkındaki anlayışını değiştirebilir. Bununla birlikte, yeni araştırma, bu potansiyel çıkarımları derinlemesine incelemiyor. Medeiros, bunu yapacak kağıtların hala üzerinde çalışıldığını söylüyor.

Tıpkı ikonik 2019 görüntüsü gibi, yeni PRIMO görüntüsü de M87’nin kara deliğine ilişkin son portremiz olmayacak. Akiyama, PRIMO algoritmasının daha kapsamlı bir şekilde test edildiğini görmek istiyor ve Di Matteo, bilim adamlarının kara delikleri yöneten fiziğe ilişkin anlayışlarını geliştirmeye devam ettikçe yaklaşımın daha da güçleneceğinin altını çiziyor.

Event Horizon Telescope Collaboration üyesi olan ancak yeni araştırmada yer almayan University College London’da astrofizikçi olan Ziri Younsi de aynı fikirde. “Açıkçası, bu algoritmaya bakmak ve daha fazla test yapmak için yapılması gereken daha çok iş var, ancak bu potansiyel olarak çok heyecan verici bir sonuç” diyor.