Pamatujete si na první snímek černé díry, se kterým se v roce 2019 pochlubil tým vědců z projektu EHT (Event Horizon Telescope)? Byla to sice jen oranžová šmouha ve tvaru americké koblihy, nic podobného jsme ale do té doby neviděli.
Uplynuly čtyři roky, během kterých EHT zachytil další a další rádiové fotografie, nicméně teď se vědci pochlubili remasterovanou verzí původního záběru.
Nová a ještě lepší kobliha
Jak už tomu poslední dobou bývá, do boje povolali strojové učení z ranku umělé inteligence a techniku PRIMO.
Nová remasterovaná radiofotografie černé díry M87*
Výsledkem je… Na první pohled prakticky stejná kobliha, černá díra, respektive její horizont událostí a okolní plyny ale vypadají přece jen trošku jinak a jsou více oddělené.
Srovnání s původním snímkem z roku 2019 (vlevo)
Z obrázku, který vznikl rádiovým pozorováním středu galaxie Messier 87, jasně vyniká mnohem větší temná oblast samotné díry a okolo ní zformovaný akreční disk – vlastně to jediné, co lze na černé díře skutečně vidět.
Sebevětší radioteleskop je stále malý
Event Horizon Telescope se oproti běžným radioteleskopům výrazně liší. Ten obvyklý zaznamenává rádiový signál z určitého bodu na obloze. Charakter takového signálu může představovat jeden pixel. Poté se radioteleskop zaměří na sousední místo a zaznamená další bod.
Radioteleskop GBT a jednoduché radiofotografie Měsíce, galaxie a pozůstatku exploze supernovy. Jsou to jen rekonstrukce v umělých barvách z matice digitalizovaných rádiových dat
Problém spočívá v tom, že i sebevětší parabola není dostatečně velká k tomu, aby tímto způsobem dokázala rozlišit pixely velmi vzdálených objektů, které na obloze zabírají jen nepatrný dílek plochy.
Celoplanetární virtuální anténa
EHT proto naopak tvoří síť teleskopů rozesetých po celém světě, které jsou navzájem synchronizované pomocí přesných atomových hodin. Díky tomu tvoří jednu virtuální parabolu, anebo přesněji anténu typu fázového pole (phased array).
A jelikož má naše virtuální anténa rozměry (téměř) zeměkoule, dokáže už zachytit i rádiové pixely z našeho úhlu pohledu naprosto mikroskopické černé díry kdesi ve vzdálené galaxii.
Srovnání s detailem na Měsíci, jak malý objekt na nebeské sféře vlastně EHT mapuje a jak neskutečným zoomem disponuje
Chybí pixely
Jenže to má jeden háček. Anténa je opravdu jen virtuální, protože těch stanic, které ji tvoří, je jen pár. Mohli bychom si to představit jako snímací čip v nitru digitálního fotoaparátu, který má sice velké rozměry, ale v celé matici funguje jen pár pixelů, které skutečně zachytávají světlo.
Jak má vypadat černá díra podle dat z EHT, se algoritmus PRIMO učil na ohromném množství pro tento účel vygenerovaných simulací:
I když tedy každý z radioteleskopů zaznamená část černé díry, ani po složení nezískáme ucelený obrazec a chybějící data musíme dopočítat. I proto je oranžová kobliha černé díry v srdci galaxie M87 tak rozmazaná.
Aby byla ostrá, potřebovali bychom takových radioteleskopických stanic nejspíše o nějaký řád více.
Data se svážejí letecky na pevných discích
Nakonec tedy záleží na tom, co z toho mála dokážeme vymáčknout. A tady už na řadu konečně přichází ony algoritmy z ranku AI. Vědci nejprve naučili neuronovou síť, jak má pracovat se surovými daty z teleskopu EHT, no a ta pak podle tohoto návodu dopočítala chybějící data mnohem lépe, než jsme to uměli v letech 2017-2019 mezi sběrem dat a publikací prvního snímku.
Radioteleskopy jsou mnohdy zcela mimo civilizaci, a tak se data svážejí na pevných discích
Na závěr ještě jedna specialita. Misi radioteleskopu EHT zpomalila pandemie kovidu. Nikoliv však proto, že by snad vědci leželi doma s horečkou, ale proto, že se data z jednotlivých stanic svážejí ručně na úložištích a skrze běžné dopravní linky. Je jich prostě příliš mnoho a v daných lokalitách mnohdy chybí potřebné extrémně rychlé datové připojení – třeba na antarktické stanici.
