Централната черна дупка на Млечния път се върти максимално бързо и е насочена към Земята

Нов анализ твърди, че централната черна дупка на Млечния път, Стрелец А*, се върти с максимална скорост, като оста ѝ е насочена почти директно към Земята.

Резултатът е получен от машинно обучение, което извлича фини сигнали от данните от телескопа EHT (Event Horizon Telescope).

Тези сигнали се намират върху вече известна основа. През 2017 г. телескопът EHT публикува първото изображение на "сянката" на черна дупка, пръстенът около M87*.

Как невронната мрежа чете данните

Проучването е ръководено от Майкъл Янсен (Michael Janssen) от Университета Радбауд (RU) със сътрудници от цяла Европа и Съединените щати, и е използвало компютърни инструменти и експертиза от Института по информационни науки към Университета на Южна Калифорния (USC ISI).

В основата на анализа е байесова невронна мрежа, вид модел, който връща както най-добра оценка, така и неопределеност.

Екипът го е обучил върху огромна библиотека от синтетични прогнозни наблюдения, които имитират суровите измервания на телескопа.

Вместо да подават силно осреднени изображения на алгоритъма, изследователите го научили на пълната поляризационна видимост във времето и честотата, езика на интерферометрията с много дълга базова линия (VLBI - very long baseline interferometry).

Този избор запазва информацията и позволява на модела да намира стабилни модели, дори когато някои измервания са шумни.

Художествено изображение на черна дупка и нейните характеристики. Кредит: Wikimedia Commons

Защо въртенето и наклонът имат значение

Въртенето (спинът) е универсална характеристика на компактните астрофизични обекти, измерващ се с безразмерен спинов параметър между 0 и 1, което показва колко бързо се върти обектът спрямо максималната възможна скорост.

По-високата стойност означава повече ротационна енергия, достъпна за оформяне на потока от плазма и, в някои системи, за захранване на струя (джет).

Ориентацията също е важна. Когато оста на въртене се подравни с нашата зрителна линия, телескопът регистрира отчетлив профил на сигнала в сравнение с ориентацията странично на ръба, като най-силните разлики се появяват в поляризираната светлина.

Проградна орбита около черна дупка, въртяща се с параметър на спина a=Jc/G/M²=0.9. Кредит: Wikimedia Commons Yukterez (Simon TyranVienna)

Какво казват данните за Млечния път

Резултатите от анализа за Стрелец A* показват висок спин, около 0.8 до 0.9, и малък наклон с оста близо до нашата линия на видимост.

Това е в съответствие с ъгъл на оста близо 162 градуса в едно семейство модели и около 29 градуса в друго.

Тази комбинация е техническият начин да се каже, че оста на черната дупка сочи почти директно към Земята.

Същото съвпадение предполага, че светлината близо до дупката е доминирана от изключително горещи електрони в околния акреционен диск, а не от джета.

В параметрите на екипа, предпочитаното съотношение на електронната температура е около 14 за Стрелец A*, стойност на наклон на диска, която съответства на поляризираните сигнатури, които измерват.

Тежка работа зад кулисите

Обучението е изисквало от порядъка на милион реалистични, калибрирани синтетични набори от данни, всеки от които преминава през предварителен модел на инструмента и атмосферата.

Самата рамка, наречена Zingularity, се основава на TensorFlow Probability и Horovod, за да се мащабира в съвременните ускорители.

Процесът, който е създал тези набори от данни, е отразявал реалния път на намаляване, включително стъпките за калибриране и първоначалното зареждане с грешки, и е преминавал през екосистема, която е поддържала невронната мрежа честна относно начините, по които реалните измервания могат да бъдат повредени.

Възможността за мащабиране до милионите синтетични файлове с данни, необходими за обучението на модела, е впечатляващо постижение.

Какво е положението с М87*?

Със същият подход са преразгледани данните за свръхмасивната дупка M87*, първата изобразена някога черна дупка.

Най-вероятните решения сочат бързо, ретроградно въртене, приблизително между -0,5 и -0,94 по отношение на потока газ, спираловидно движещ се навътре, и силно синхротронно излъчване от струята.

Този ретрограден резултат означава, че черната дупка се върти обратно на посоката на падащата плазма. Екипът предполага, че минало сливане може да е обърнало подравняването и да е оставило обратното въртене, което сега предполагат.

Какво следва

Мрежата е обучена на подробни симулации, но авторите са наясно с ограниченията на модела и стойността на по-добрите данни .

Новите станции, по-голямата честотна лента и по-високите честоти на наблюдение ще затегнат ограниченията и ще намалят несигурността.

Ключово допълнение на EHT е планираният за Намибия Африкански милиметров телескоп, който ще удължи базовите линии в Южното полукълбо и ще детализира гледката към Стрелец A*.

С разрастването на масива, бързите каданси и многочестотните наблюдения ще позволят на моделите да проверят дали черната дупка на Млечния път наистина се върти с висока скорост и е обърната с "лицето си" към нас, и ще картографират как магнитните полета захранват потока с енергия. Това е пътят към превръщането на намеците в точни числа.

Справка: Deep learning inference with the Event Horizon Telescope II. The Zingularity framework for Bayesian artificial neural networks; M. Janssen, C.-k. Chan, J. Davelaar, M. Wielgus; Astronomy & Astrophysicsн, Volume 698, May 20
DOI https://doi.org/10.1051/0004-6361/202553785 ; https://arxiv.org/abs/2506.13875 

Източник: Milky Way galaxy's central black hole is spinning at maximum speed and pointing at Earth, Jordan Joseph, Earth.com

Още по темата

03/02/2025

Физика

Физици откриват какво се крие в сърцевината на черна дупка

09/08/2023

Математика

Математиката предвижда самоорганизираното обучение в реалните неврони

28/09/2022

Физика

Проблем на квантовата физика от 100 000 уравнения е сведен до само 4 уравнения

17/02/2022

Физика

Какво има вътре в черна дупка? Физик използва квантови изчисления, машинно обучение, за да разбере