الصورة الأولى للثقب الأسود تشبه الكعكة “النحيفة”

(سي إن إن) تبدو الصورة الأولى التي تم التقاطها لثقب أسود أكثر وضوحًا الآن.

صدر في الأصل في عام 2019، لم يسبق له مثيل التقطت الصورة التاريخية للثقب الأسود الهائل في وسط المجرة ميسييه 87 جسمًا سماويًا غير مرئي بشكل أساسي باستخدام التصوير المباشر.

قدمت الصورة أول دليل مرئي مباشر على وجود الثقوب السوداء ، حيث عرضت منطقة مظلمة مركزية مغلفة بحلقة من الضوء تبدو أكثر إشراقًا من جانب واحد. أطلق علماء الفلك على الجسم اسم “دونات برتقالية غامضة”.

قال الباحثون إن العلماء استخدموا الآن التعلم الآلي لمنح الصورة ترقية أنظف تبدو أشبه بكعكة الدونات “النحيفة”. المنطقة المركزية أغمق وأكبر ، وتحيط بها حلقة ساطعة حيث يسقط الغاز الساخن في الثقب الأسود في الصورة الجديدة.

في عام 2017 ، شرع علماء الفلك في مراقبة القلب غير المرئي للمجرة الضخمة Messier 87 ، أو M87 ، بالقرب من مجموعة مجرات العذراء على بعد 55 مليون سنة ضوئية من الأرض.

يعد Event Horizon Telescope Collaboration ، المسمى EHT ، عبارة عن شبكة عالمية من التلسكوبات التي التقطت أول صورة لثقب أسود. عمل أكثر من 200 باحث في المشروع لأكثر من عقد. تم تسمية المشروع على اسم أفق الحدث ، وهو الحد المقترح حول الثقب الأسود الذي يمثل نقطة اللاعودة حيث لا يمكن للضوء أو الإشعاع الهروب.

لالتقاط صورة للثقب الأسود ، جمع العلماء قوة سبعة تلسكوبات راديوية حول العالم باستخدام قياس التداخل طويل جدًا ، وفقًا للمرصد الأوروبي الجنوبي ، وهو جزء من EHT. هذه المجموعة أنشأ تلسكوبًا افتراضيًا تقريبًا بنفس حجم الأرض.

تم تحقيق “الحد الأقصى من الدقة”

تم دمج البيانات من الملاحظة الأصلية لعام 2017 مع تقنية التعلم الآلي لالتقاط الدقة الكاملة لما شاهدته التلسكوبات لأول مرة. تم إصدار الصورة الجديدة الأكثر تفصيلاً مع دراسة يوم الخميس في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

قالت مؤلفة الدراسة الرئيسية ليا ميديروس Lia Medeiros ، زميلة ما بعد الدكتوراه في الفيزياء الفلكية في كلية العلوم الطبيعية في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، نيو جيرسي ، في بيان.

“نظرًا لأنه لا يمكننا دراسة الثقوب السوداء عن قرب ، فإن تفاصيل الصورة تلعب دورًا مهمًا في قدرتنا على فهم سلوكها. أصبح عرض الحلقة في الصورة الآن أصغر بنحو ضعفين ، وهو ما سيكون قيد قوي لنماذجنا النظرية واختبارات الجاذبية “.

طور Medeiros وأعضاء آخرون في EHT نمذجة التداخل المكونة الرئيسية ، أو PRIMO. تعتمد الخوارزمية على تعلم القاموس حيث تنشئ أجهزة الكمبيوتر قواعد بناءً على كميات كبيرة من المواد. إذا تم إعطاء الكمبيوتر سلسلة من صور موز مختلفة ، بالإضافة إلى بعض التدريب ، فقد يكون قادرًا على معرفة ما إذا كانت الصورة غير المعروفة تحتوي على موزة أم لا.

قامت أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم PRIMO بتحليل أكثر من 30000 صورة محاكاة عالية الدقة للثقوب السوداء لانتقاء التفاصيل الهيكلية المشتركة. سمح هذا للتعلم الآلي بشكل أساسي بملء فجوات الصورة الأصلية.

قال تود لاور ، عالم الفلك في مختبر أبحاث علم الفلك البصري والأشعة تحت الحمراء الوطني التابع لمؤسسة العلوم الوطنية: “PRIMO هو نهج جديد للمهمة الصعبة المتمثلة في تكوين صور من ملاحظات EHT”. NOIRLab. “إنه يوفر طريقة للتعويض عن المعلومات المفقودة حول الكائن الذي يتم رصده ، وهو أمر مطلوب لتوليد الصورة التي كان يمكن رؤيتها باستخدام تلسكوب راديو عملاق واحد بحجم الأرض.”

تطوير أبحاث الثقوب السوداء

تتكون الثقوب السوداء من كميات هائلة من المادة محشورة في منطقة صغيرة ، وفقًا لما ذكره ناسا، مما يخلق مجال جاذبية هائل يجذب كل شيء حوله ، بما في ذلك الضوء. هذه الظواهر السماوية القوية لها أيضًا طريقة لتسخين المادة من حولها وتشويه الزمكان.

تتراكم المواد حول الثقوب السوداء ، ويتم تسخينها لمليارات الدرجات وتصل إلى سرعة الضوء تقريبًا. ينحني الضوء حول جاذبية الثقب الأسود ، مما ينتج عنه حلقة الفوتون التي تظهر في الصورة. يتم تمثيل ظل الثقب الأسود بالمنطقة الوسطى المظلمة.

التأكيد البصري للثقوب السوداء يعمل أيضًا كتأكيد لـ نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. في النظرية ، توقع أينشتاين أن مناطق الفضاء الكثيفة والمضغوطة سيكون لها جاذبية شديدة بحيث لا يمكن لأي شيء الهروب منها. ولكن إذا أحاطت مواد ساخنة على شكل بلازما بالثقب الأسود وأصدرت ضوءًا ، فقد يكون أفق الحدث مرئيًا.

يمكن للصورة الجديدة أن تساعد العلماء في إجراء قياسات أكثر دقة لكتلة الثقب الأسود. يمكن للباحثين أيضًا تطبيق PRIMO على ملاحظات EHT الأخرى ، بما في ذلك تلك الخاصة بـ الثقب الأسود في مركز مجرتنا درب التبانة.

وقال ميديروس: “كانت صورة 2019 مجرد البداية”. “إذا كانت الصورة تساوي ألف كلمة ، فإن البيانات الكامنة وراء تلك الصورة لديها العديد من القصص لترويها. وستظل PRIMO أداة حاسمة في استخراج مثل هذه الأفكار.”