آیا این تصویر نمادین سیاهچاله دقیق است؟ مطالعه جدید یک نتیجه مستقل ارائه می دهد

نوشته ساموئل لای، نیتیاناندان تیاگاراجان، گفتگو

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

در 10 آوریل 2019، تلسکوپ افق رویداد (EHT) اولین تصویر از یک سیاهچاله را نشان داد. این جرم در مرکز کهکشانی به نام M87 و در فاصله 55 میلیون سال نوری از ما قرار دارد.

ساختار حلقه نمادین فورا به یکی از شناخته شده ترین تصاویر علمی دوران مدرن تبدیل شد.

این یک سیاهچاله "سایه" را نشان داد که توسط نور ناشی از چرخش گاز داغ ترسیم شده بود - درست همانطور که توسط نظریه نسبیت عام اینشتین پیش بینی شده بود. نتیجه از این ایده دیرینه حمایت کرد که مراکز کهکشان ها سیاهچاله های کلان پرجرم را در خود جای داده اند.

با این حال، دانشمندان از آن زمان بر سر دقیق بودن جزئیات و ساختار حلقه در انتشار اولیه اختلاف نظر داشتند.

تحقیق جدید ما که در Nature منتشر شده است، از تکنیک های جدیدی برای بررسی مجموعه داده های اصلی استفاده کرده است. نتایج ما نه تنها کار اصلی را تأیید می‌کند، بلکه چشم‌انداز تازه‌ای را در مورد ساختار حلقه ارائه می‌کند.

نتایج مستقل ما اعتماد به یکی از مهم ترین نتایج علمی مدرن را افزایش می دهد. و تصویر سیاهچاله ای را که میلیون ها سال نوری از ما فاصله دارد دوباره به کانون توجه می آوریم.

تصویربرداری از سیاهچاله بسیار پرجرم در مرکز کهکشان M87 بسیار چالش برانگیز است. این شبیه به عکاسی از یک دونات در ماه در حالی که روی زمین ایستاده است. برای به دست آوردن آن سطح از وضوح و جزئیات، به یک تلسکوپ به اندازه کل سیاره نیاز دارید.

برای دستیابی به این هدف، EHT سیگنال های تلسکوپ های رادیویی را در سراسر جهان ترکیب کرد. انجام این کار واضح ترین تصویربرداری ممکن را از اینجا روی زمین فعال کرد. نتایج دوره جدیدی از تصویربرداری را آغاز کرد - ما در نهایت می‌توانیم محیط‌های شدید اطراف سیاه‌چاله‌ها را ببینیم.

چهار تیم مستقل تصویربرداری در همکاری EHT در انتشار اصلی شرکت کردند. اگرچه همه تیم‌ها ساختاری حلقه‌مانند تولید کردند، اما تفاوت‌هایی در نحوه نمایش ویژگی‌های مقیاس ریز سیاه‌چاله وجود داشت. شناخته شده است که چنین تفاوت هایی ناشی از تعصبات انسانی و الگوریتمی در فرآیند تصویربرداری است.

با این حال، یک مطالعه اساسا ماهیت حلقه مانند منبع را به چالش کشید. برخی از اختلافات قابل درک است. آنها هنگام ترکیب داده های یک آرایه تلسکوپ پراکنده در یک تلسکوپ مجازی به اندازه زمین اتفاق می افتند.

عوامل دیگری نیز نقش دارند. هر تلسکوپ رادیویی که داده‌ها را جمع‌آوری می‌کند، خطاهایی را نیز ایجاد می‌کند که ناشی از ابزار آن یا صرفا توسط جو زمین است.

به طور معمول، اخترشناسان این خطاها را تخمین زده و در طول تجزیه و تحلیل تصحیح می کنند. اما خطاهای باقی مانده از این فرآیند پیچیده می تواند منجر به نتایج نادرست شود. برای پرداختن به این مسائل، ما یک روش جدید برای ترکیب داده ها به نام "بسته شدن ثابت ها" توسعه دادیم.

روش استاندارد برای تجزیه و تحلیل داده ها، جفت اندازه گیری های تلسکوپ را ترکیب می کند. در مقابل، متغیرهای بسته شدن سه قلوها - سه اندازه گیری تلسکوپ را به طور همزمان ترکیب می کنند.

این نه تنها خطاهای جوی و ابزاری را از بین می‌برد، بلکه اطلاعات پاک‌تری را در مورد ساختار جسم نشان می‌دهد.

برای استفاده حداکثری از داده‌های ثابت بسته شدن خود، یک روش تصویربرداری یادگیری ماشینی به نام GenDIReCT طراحی کردیم که تصاویری مطابق با داده‌های اندازه‌گیری شده تولید می‌کند. برای به حداقل رساندن سوگیری ها، ما آن را روی تصاویر زمینی مانند گربه، سگ و ماشین آموزش دادیم. بنابراین، نمی دانست که یک سیاهچاله چگونه به نظر می رسد.

ما همچنین مدل را از طریق مجموعه بزرگی از آزمایش‌های اعتبارسنجی، که شامل تصویربرداری از طیف گسترده‌ای از ساختارهای غیرحلقه‌ای بود، قرار دادیم. این شامل اعتبارسنجی مجموعه داده های واقعی کهکشان های دیگر مانند قنطورس A بود.

هنگامی که از دقت آن راضی بودیم، روند آموزش و آزمایش را متوقف کردیم تا تعصبات انسانی نتواند بر نتایج تصویربرداری ما تأثیر بگذارد.

در 4 دسامبر 2025، ما سرانجام به روش تصویربرداری کاملا معتبر خود اجازه دادیم که مشاهدات EHT M87 را "نگاه کند".

در تمام مجموعه داده ها، ساختار حلقه سازگار بود. ظاهر و قطر حلقه مطابق با سیاهچاله ای با جرم 6.5 میلیارد خورشید بود که تقریبا رو به رو مشاهده شد - مانند نگاه کردن مستقیم به پایین در چشم یک طوفان.

هنگامی که مستقیما با تصاویر حاصل از EHT Collaboration مقایسه می شود، نتیجه ما از نظر قطر و جهت کلی سازگار است.

به طور طبیعی، تفاوت هایی در جزئیات دقیق عرض حلقه و روشنایی سطح در امتداد محیط وجود دارد، اما ساختار کلی مطابقت دارد. این یک چشم انداز تازه در مورد حلقه نمادین سیاهچاله ارائه می دهد و در عین حال اختلافات قبلی را نیز برطرف می کند.

برای اثبات این موفقیت صرفا به یادگیری ماشینی پیشرفته وابسته نیست، ما همچنین یک روش تصویربرداری تکمیلی را بر اساس تکنیک‌های آماری سنتی توسعه دادیم. این روش کاملا متفاوت همچنین ساختار ما را با استفاده از داده‌های تغییرناپذیر بسته شدن جدید که تولید کردیم، تأیید کرد.

به طور کلی، کار ما یک اعتبارسنجی مستقل قوی از ساختار سیاهچاله عظیم در مرکز کهکشان M87 ارائه می دهد.

و در آینده می تواند کارهای بیشتری انجام دهد. تکنیک ما همچنین می‌تواند در موقعیت‌های دیگری که داده‌های چند حسگر برای نقشه‌برداری از ساختارهای ناشناخته ترکیب می‌شوند، مانند تصویربرداری پزشکی یا نقشه‌برداری زلزله، مفید باشد.

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.