Das erste Bild eines Schwarzen Lochs sieht aus wie ein „magerer“ Kuchen

(CNN) Das erste jemals aufgenommene Bild eines Schwarzen Lochs sieht jetzt viel klarer aus.

Ursprünglich im Jahr 2019 veröffentlichtwie niemals zuvor Historisches Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie Messier 87, das im Wesentlichen unsichtbare Himmelskörper eingefangen hat mit direkter Bildgebung.

Das Bild lieferte den ersten direkten visuellen Beweis für die Existenz von Schwarzen Löchern und zeigte eine zentrale dunkle Region, die von einem Lichtring umgeben ist, der auf einer Seite heller erscheint. Astronomen nannten das Objekt „Fuzzy Orange Donut“.

Wissenschaftler haben nun maschinelles Lernen eingesetzt, um dem Bild ein saubereres Upgrade zu verleihen, das eher wie ein „dünner“ Donut aussieht, sagten die Forscher. Die zentrale Region ist dunkler und größer, umgeben von einem hellen Ring, wo heißes Gas in das Schwarze Loch im neuen Bild fällt.

Im Jahr 2017 machten sich Astronomen daran, das unsichtbare Herz der massereichen Galaxie Messier 87 oder M87 in der Nähe des Virgo-Galaxienhaufens zu beobachten, der 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.

Die Event Horizon Telescope Collaboration, genannt EHT, ist ein globales Netzwerk von Teleskopen, die das erste Bild eines Schwarzen Lochs aufgenommen haben. Mehr als 200 Forscher haben seit mehr als einem Jahrzehnt an dem Projekt gearbeitet. Das Projekt ist nach dem Ereignishorizont benannt, der vorgeschlagenen Grenze um ein Schwarzes Loch, die den Punkt ohne Wiederkehr markiert, an dem weder Licht noch Strahlung entweichen können.

Um ein Bild des Schwarzen Lochs aufzunehmen, kombinierten Wissenschaftler die Leistung von sieben Radioteleskopen auf der ganzen Welt mit sehr langer Interferometrie, so die Europäische Südsternwarte, die Teil des EHT ist. diese Gruppe Er schuf ein virtuelles Teleskop von ungefähr der Größe der Erde.

Maximale Genauigkeit erreicht

Daten aus der ursprünglichen Beobachtung von 2017 wurden mit maschineller Lerntechnologie kombiniert, um die volle Auflösung dessen zu erfassen, was die Teleskope zum ersten Mal sahen. Das neue, detailliertere Bild wurde mit einer Studie veröffentlicht Am Donnerstag im Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe.

sagte die Hauptautorin der Studie, Lia Medeiros, Postdoktorandin in Astrophysik an der School of Natural Sciences am Institute for Advanced Study at Princeton, New Jersey, in einer Erklärung.

„Da wir Schwarze Löcher nicht aus der Nähe untersuchen können, spielen die Details des Bildes eine wichtige Rolle für unsere Fähigkeit, ihr Verhalten zu verstehen. Die Breite des Rings im Bild ist jetzt etwa zweimal kleiner, was eine starke Einschränkung für unsere sein wird theoretische Modelle und Schwerkrafttests.“

Medeiros und andere Mitglieder des EHT entwickelten Hauptkomponenten-Interferenzmodellierung, oder PRIMO. Der Algorithmus basiert auf Wörterbuchlernen, bei dem Computer Regeln basierend auf großen Materialmengen erstellen. Wenn ein Computer eine Reihe verschiedener Bananenbilder erhält und etwas trainiert wird, kann er möglicherweise feststellen, ob das unbekannte Bild eine Banane enthält oder nicht.

Computer, die PRIMO verwendeten, analysierten mehr als 30.000 hochauflösende simulierte Bilder von Schwarzen Löchern, um gemeinsame Strukturdetails herauszufiltern. Dies ermöglichte es dem maschinellen Lernen im Grunde, die Lücken des Originalbildes zu füllen.

„PRIMO ist ein neuer Ansatz für die herausfordernde Aufgabe, Bilder aus EHT-Beobachtungen zu erstellen“, sagte Todd Lauer, Astronom am Optical and Infrared Astronomy Research Laboratory der National Science Foundation. NOIRLab. „Es bietet eine Möglichkeit, fehlende Informationen über das überwachte Objekt zu kompensieren, die erforderlich sind, um das Bild zu erzeugen, das mit einem einzigen riesigen erdgroßen Radioteleskop gesehen worden wäre.“

Entwicklung der Schwarzlochforschung

Ihm zufolge bestehen Schwarze Löcher aus riesigen Mengen an Materie, die in einer kleinen Region zusammengepfercht sind NASA, das ein massives Gravitationsfeld erzeugt, das alles um sich herum anzieht, einschließlich Licht. Diese mächtigen Himmelsphänomene haben auch die Möglichkeit, die Materie um sie herum aufzuheizen und die Raumzeit zu verzerren.

Material sammelt sich um Schwarze Löcher, wird auf Milliarden Grad erhitzt und erreicht fast Lichtgeschwindigkeit. Das Licht wird um die Schwerkraft des Schwarzen Lochs herum gebogen, was zu dem Photonenring führt, der auf dem Bild zu sehen ist. Der Schatten des Schwarzen Lochs wird durch die dunkle zentrale Region dargestellt.

Optische Bestätigung von Schwarzen Löchern dient auch als Bestätigung von Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein. Theoretisch sagte Einstein voraus, dass dichte und kompakte Regionen des Weltraums eine so starke Schwerkraft haben würden, dass ihr nichts entkommen könnte. Wenn jedoch heißes Material in Form von Plasma das Schwarze Loch umgibt und Licht aussendet, kann der Ereignishorizont sichtbar werden.

Das neue Bild könnte Wissenschaftlern dabei helfen, die Masse des Schwarzen Lochs genauer zu messen. Forscher können PRIMO auch auf andere EHT-Beobachtungen anwenden, einschließlich der von Das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße.

„Photo 2019 war erst der Anfang“, sagte Medeiros. „Wenn ein Bild mehr als tausend Worte sagt, können die Daten hinter diesem Bild viel mehr Geschichten erzählen. PRIMO wird auch weiterhin ein entscheidendes Werkzeug sein, um solche Erkenntnisse zu gewinnen.“