Os pesquisadores usaram simulações de computador de buracos negros e aprendizado de máquina para criar uma versão revisada (à direita) da famosa primeira imagem de um buraco negro divulgada em 2019 (à esquerda).
Medeiros e outros. 2023
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Medeiros e outros. 2023
Os pesquisadores usaram simulações de computador de buracos negros e aprendizado de máquina para criar uma versão revisada (à direita) da famosa primeira imagem de um buraco negro divulgada em 2019 (à esquerda).
Medeiros e outros. 2023
A primeira imagem icônica de um buraco negro parecia um donut laranja felpudo, mas agora essa imagem foi aprimorada em um anel de fogo graças a simulações de computador e aprendizado de máquina.
O interior negro deste anel de gases quentes é um reino de loucura cósmica e gravidade tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar. Parece muito maior e mais escuro na imagem atualizada, de acordo com uma nova relatório Em As cartas do jornal astrofísico.
A imagem mostra o buraco negro M87, um grande buraco a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância que se acredita ter 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol. Este é o buraco negro observado em 2017 por uma rede de telescópios ao redor do mundo conhecida como Telescópio Event Horizonque juntos agiam como um radiotelescópio gigante do tamanho da Terra.
Dois anos depois, a equipe internacional do EHT anunciou com grande alarde que havia produzido a primeira imagem do M87. “Estamos muito, muito orgulhosos e muito animados com esta foto. Eu me envolvi muito na criação dessa imagem”, diz o astrofísico Lia Medeiros do Instituto de Estudos Avançados em Princeton, NJ
Apesar disso, diz, “vamos sempre tentar melhorar e tentar sempre ter uma imagem cada vez melhor”.
A ideia de um objeto celeste com uma gravidade tão forte que bloqueia a luz e a torna invisível existe desde o século XVIII. Os astrônomos agora sabem que os buracos negros podem se formar quando uma estrela moribunda colapsa sobre si mesma. Embora o próprio buraco negro não possa ser visto, sua presença pode ser inferida a partir dos efeitos de sua gravidade em seus arredores.
Por exemplo, o gás, a poeira e os detritos atraídos para um buraco negro giram e se aquecem à medida que caem para dentro, criando um contorno ao redor da fera voraz e invisível. A equipe do EHT conseguiu capturar esse esboço.
A renderização deste artista mostra um buraco negro supermassivo girando rapidamente cercado por um disco fino de material giratório, os restos de uma estrela semelhante ao Sol.
ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartman
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ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartman
Mas tirar uma foto de um buraco negro com um conjunto de telescópios, explica Medeiros, é muito diferente de tirar uma foto com uma câmera comum. “Nós realmente não tiramos uma foto no sentido de que há apenas uma câmera que clica”, diz ela.
Em vez disso, os pesquisadores precisam preencher as lacunas em seus dados fazendo certas suposições e fazendo muitos cálculos.
Nesta nova versão da imagem, as lacunas foram preenchidas usando física – ou seja, simulações de buracos negros em computador – e aprendizado de máquina. Os pesquisadores geraram mais de 30.000 imagens simuladas de buracos negros, cobrindo uma ampla gama de possibilidades, e depois procuraram padrões comuns nessas imagens.
Os pesquisadores usaram dezenas de milhares de imagens geradas por simulações de buracos negros para treinar seu programa de aprendizado de máquina. Crédito da foto: Medeiros et al. 2023
“O que estamos realmente fazendo é aprendendo as correlações entre diferentes partes da imagem. E fazemos isso analisando dezenas de milhares de imagens de alta resolução criadas a partir de simulações”, diz Medeiros. “Se você tem uma imagem, os pixels próximos a um determinado pixel não são completamente não correlacionados. Não é como se cada pixel estivesse fazendo coisas completamente independentes.”
Aprender as correlações entre as partes das imagens os ajudou a preencher melhor as lacunas criadas pelos dados ausentes, diz ela. E a nova imagem resultante é consistente com a antiga, mas o anel de gases quentes girando em torno do buraco negro é visivelmente mais fino.
“O fato de a largura do anel ser cerca de duas vezes menor é incrivelmente emocionante”, diz Medeiros.
É uma revelação que os ajudará a entender o que acontece quando a matéria gira em torno do buraco negro e cai nele.
“À medida que mais matéria cai no buraco negro, um anel mais grosso é formado. E se menos matéria cair, deve haver um anel mais fino, certo?” Ela diz.
Até agora tudo ainda se parece com as previsões de Albert Einstein. Assim como o único outro buraco negro fotografado, aquele no centro da Via Láctea. Também foi observado por este consórcio de pesquisa.
Medeiros acredita que as melhorias contínuas no software de computador e no hardware do telescópio resultarão em uma imagem do buraco negro M87 cada vez mais refinada.
“Em 20 anos, a foto pode não ser a que estou mostrando hoje”, diz ela. “Poderia ser ainda melhor.”
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