Навколо чорної діри в центрі галактики M87 справді є кільце, і воно не виникло під час обробки даних. Це підтвердила австралійська команда, яка відтворила зображення за відкритими спостереженнями телескопа Event Horizon Telescope. Розроблений командою алгоритм на основі нейромережі вчили на звичайних фотографіях, і від калібрування телескопів він не залежить. Але результат вийшов майже таким самим, як знаменитий перший знімок цього об’єкта.
Однакове кільце за три роки
Астрономи австралійського національного наукового агентства CSIRO обробили дані Event Horizon Telescope (EHT) за вісім ночей 2017, 2018 і 2021 років. Майже щоразу виходило компактне кільце діаметром близько 42 мікросекунд дуги. Семюел Лай, провідний автор, порівнює таку задачу зі спробою сфотографувати з подвір’я бублик на Місяці. Порівняння майже буквальне, бо під таким кутом із Землі виглядав би предмет завбільшки вісім сантиметрів на відстані Місяця.
Незалежним цей результат вважають із трьох причин. Метод використовує лише ті комбінації сигналів, у яких похибки окремих телескопів скорочуються, тож калібрування на нього не впливає. Розмір джерела алгоритму наперед не задають, а нейромережу навчали на фотографіях, не пов’язаних із космосом, тому кільце не могло з’явитися з підказок, закладених у сам метод.
Діаметр і орієнтація кільця збіглися з результатами колаборації EHT. Масу чорної діри M87* автори оцінили в 6,5 ± 0,5 млрд мас Сонця, що узгоджується з оцінкою за рухом зір у ядрі галактики. Роботу опубліковано в рецензованому журналі Nature. У 2018 і 2021 роках найяскравіша ділянка кільця була ближче до напрямку джета M87, ніж у 2017-му.
Звідки взялися сумніви
За розміром кільця визначають масу чорної діри, тож від нього залежать і подальші висновки. Телескопи EHT разом працюють як одна антена розміром із Землю, але покривають лише невеликі ділянки її поверхні, тож решту зображення доводиться добудовувати. Атмосфера над кожною станцією спотворює сигнал. Тому, як пише Phys.org, результат залежить від калібрування і рішень людей під час обробки.
Японські астрономи з групи Макото Мійосі у 2022 році переобробили ті самі спостереження і дійшли іншого висновку. Якщо розширити ділянку неба, у межах якої алгоритм шукає джерело, замість кільця виходить одна витягнута яскрава пляма. Автори нової роботи вважають, що причина, ймовірно, у спостереженнях за 5 квітня 2017 року, коли телескопи зібрали найменше вимірювань. На якісніших записах кільце з’являється за будь-якого розміру ділянки.
Сигнали трьох телескопів
Метод спирається на комбінації сигналів від трьох телескопів, що утворюють замкнений трикутник. Похибки окремих телескопів у такому трикутнику взаємно скорочуються, і лишається інформація про форму джерела. Такі комбінації EHT теж використовувала, але співавтор роботи Нітьянандан Тіягараджан об’єднав їх у єдиний набір інваріантів замикання.
Інша відмінність полягає в стартовій точці. Конвеєр колаборації починав з розмитої плями завбільшки 40 мікросекунд дуги, яка вже підказувала розмір джерела, а алгоритму GenDIReCT така підказка не потрібна.
Алгоритм побудований на дифузійній моделі, як і генератори картинок за текстом. Навчали його переважно на фотографіях тварин, автомобілів і кораблів роздільністю 32 на 32 пікселі з набору CIFAR-10. Прості фігури, зокрема кільця, теж входили в набір, але без них результат не змінився. «Наша модель не мала жодного уявлення про те, як виглядає чорна діра, коли ми застосували її до даних M87», — каже Семюел Лай.
Чого поки не видно
Директор колаборації EHT Лоран Луанар назвав GenDIReCT цілком незалежним методом. Ширина кільця і розподіл яскравості по ньому залежать від способу обробки, тож ці параметри, ймовірно, не описують саме джерело.
Швидкість обертання чорної діри за такими знімками визначити не вдалося. Її могло б показати фотонне кільце, тобто тонкий обідок з випромінювання, яке обійшло чорну діру, перш ніж рушити до Землі. Розгледіти його здатні майбутні радіоінтерферометри в космосі.
