αστροφυσική τεχνητή νοημοσύνη

Η μηχανική μάθηση προσφέρει μια πιο καθαρή εικόνα μαύρης τρύπας

Apr 18, 2023

Το 2019, ο κόσμος είδε για πρώτη φορά την εικόνα μιας μαύρης τρύπας μέσω του Event Horizon Telescope (EHT). Αυτή η ιστορική εικόνα, την οποία ορισμένοι χαρακτήρισαν ως «θολό, πορτοκαλί ντόνατ», κατασκευάστηκε από στιγμιότυπα μιας παγκόσμιας σειράς ραδιοτηλεσκόπιων. Σήμερα μια ομάδα ερευνητών από το πανεπιστήμιο της Αριζόνας, γνωρίζοντας την δύναμη της μηχανικής μάθησης, κατάφερε να παράξει μια πιο ευκρινή εικόνα της μαύρης τρύπας M87 (δεξιά εικόνα). Μέλος της ομάδας αυτής είναι και ο Έλληνας καθηγητής Αστρονομίας και Σωματιδιακής Φυσικής, Δημήτρης Ψάλτης.

Η νέα εικόνα της μαύρης τρύπας M87 δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας μια τεχνική μηχανικής μάθησης που ονομάζεται dictionary learning. Αυτή η μέθοδος συχνά χρησιμοποιείται σε image recognition tasks. Για την εκπαίδευση του αλγορίθμου οι ερευνητές παρήγαγαν ένα σύνολο προσομοιωμένων μαύρων οπών και δημιούργησαν μια μεγάλη σειρά εικόνων από μαύρες τρύπες. Η ομάδα συμπεριέλαβε ένα ευρύ φάσμα μαύρων τρυπών στις διαδικασίες εκπαίδευσής της για να κάνει τον αλγόριθμο όσο αμερόληπτο γίνεται.

Μετά την διαδικασία εκπαίδευσης, η ομάδα χρησιμοποιείσαι τον αλγόριθμο για να δημιουργήσει μια εικόνα της μαύρης τρύπας Μ87 από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στο EHT. Η εικόνα που προέκυψε αποκάλυψε έναν πολύ πιο λεπτό πορτοκαλί δακτύλιο από ό,τι φαινόταν στην αρχική εικόνα, με ένα πιο φωτεινό χείλος στο κάτω μέρος. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η εικόνα που προέκυψε ταιριάζει με τις θεωρητικές προβλέψεις, παρέχοντας μια πιο ακριβή εκτίμηση της μάζας της μαύρης τρύπας.

Ο αλγόριθμος μηχανικής μάθησης θα εφαρμοστεί στη συνέχεια στον Τοξότη Α*, τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας, ο οποίος επίσης απεικονίστηκε από το EHT. Οι βελτιωμένες εικόνες θα βοηθήσουν τους ερευνητές να προσδιορίσουν πόσο γρήγορα η ύλη κινείται γύρω από τις μαύρες τρύπες και πόσο μεγάλο μέρος αυτής της κίνησης συμβάλλει στη θολότητα της εικόνας. Αφαιρώντας τη θαμπάδα που οφείλεται στα κενά των δεδομένων, οι ερευνητές θα είναι σε θέση να συλλέξουν καλύτερες πληροφορίες για το τι συμβαίνει γύρω από τις μαύρες τρύπες. Συνολικά, το πάντρεμα των καλύτερων τηλεσκοπίων στον κόσμο με τους σύγχρονους αλγόριθμους μηχανικής μάθησης αποτελεί ένα αξιοσημείωτο επίτευγμα στον τομέα της αστρονομίας.