Знаменитая фотография черной дыры выдержала независимую проверку

Австралийские ученые разработали новый метод обработки астрономических данных и с его помощью подтвердили достоверность знаменитого изображения черной дыры M87*, опубликованного в 2019 году. Независимый анализ показал, что кольцеобразная структура вокруг черной дыры действительно присутствует в наблюдениях и не является результатом особенностей компьютерной обработки.

Исследование, выполненное специалистами австралийского государственного научного агентства CSIRO, опубликовано в журнале Nature.

В апреле 2019 года международная группа Event Horizon Telescope представила первое в истории изображение тени черной дыры. Объект находится в центре галактики M87, примерно в 55 миллионах световых лет от Земли.

Изображение представляло собой яркое оранжевое кольцо с темной областью в центре. Его форма соответствовала теоретическим предсказаниям общей теории относительности Эйнштейна.

Однако получить такую картину было чрезвычайно сложно. Для этого астрономы объединили наблюдения нескольких радиотелескопов, расположенных в разных частях Земли, создав виртуальный инструмент планетарного масштаба.

Сами телескопы не фотографировали черную дыру в привычном смысле. Они регистрировали радиосигналы, из которых изображение затем восстанавливалось с помощью сложных математических алгоритмов.

Некоторые исследователи предполагали, что кольцо могло возникнуть в результате особенностей этих алгоритмов. Разные методы обработки действительно давали несколько отличающиеся изображения, что вызывало дискуссии о достоверности отдельных деталей.

Австралийская группа разработала принципиально иной способ работы с исходными данными. В нем используются комбинации сигналов сразу от трех телескопов, что позволяет существенно уменьшить влияние атмосферных и инструментальных ошибок.

Для восстановления изображения ученые создали алгоритм машинного обучения GenDIReCT. Его обучали на обычных изображениях, включая фотографии животных и автомобилей, а не на снимках черных дыр. Таким образом исследователи стремились исключить ситуацию, при которой программа воспроизводила бы заранее известную форму объекта.

После многочисленных проверок алгоритм применили к наблюдениям M87* за 2017, 2018 и 2021 годы.

Во всех случаях система восстановила устойчивую кольцеобразную структуру. Ее размеры и общая ориентация совпали с результатами первоначального исследования.

Диаметр кольца составил около 42 микросекунд дуги – настолько малую угловую величину, что наблюдение подобного объекта возможно только с помощью объединенной сети радиотелескопов.

Полученные результаты соответствуют массе черной дыры примерно в 6,5 миллиарда масс Солнца.

При этом исследователи обнаружили некоторые различия в толщине кольца и распределении яркости. Эти детали по-прежнему зависят от методов обработки и требуют дальнейшего изучения.

Авторы работы подчеркивают, что независимая проверка укрепляет доверие к одному из самых известных астрономических результатов последних десятилетий.

Как объясняют специалисты CSIRO, разработанные методы в перспективе могут применяться не только в астрономии, но и в медицинской визуализации и других областях, где необходимо восстанавливать изображения по неполным измерениям.