Svijetli prsten oko tamnog središta, po kojem je prva snimka crne rupe postala prepoznatljiva, pojavio se i u novoj, neovisnoj obradi podataka. Australski tim ponovno je rekonstruirao okolinu crne rupe M87* metodom koja smanjuje utjecaj pogrešaka instrumenata i unaprijed odabranih pretpostavki o izgledu izvora. Dobio je prsten gotovo iste veličine kao na slavnoj slici objavljenoj 2019. godine.
Samuel Lai i suradnici iz australske znanstvene agencije CSIRO u radu objavljenom 11. studenoga u časopisu Nature analizirali su postojeća opažanja mreže Event Horizon Telescope (EHT) iz 2017., 2018. i 2021. godine. Nova provjera učvršćuje zaključak da karakteristični oblik potječe iz stvarnog izvora na nebu, a ne samo iz načina na koji je sastavljena njegova slika.
Zašto je sliku trebalo ponovno provjeriti
M87* nalazi se u središtu galaksije Messier 87, približno 55 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje. Tamno područje na snimci njezina je sjena, okružena zračenjem vrućeg plina koje snažna gravitacija savija na putu prema nama. Sama crna rupa ne emitira tu svjetlost, a vidljiva sjena veća je od horizonta događaja, granice iza koje svjetlost više ne može pobjeći.
Za takav prizor običan teleskop nije dovoljan. EHT povezuje radioteleskope raspoređene diljem svijeta i njihove podatke kombinira tako da postigne razlučivost usporedivu s teleskopom veličine Zemlje. Međutim, nekoliko udaljenih postaja ne prikuplja sve podatke koje bi prikupila jedna golema antena. Mjerenja ostavljaju praznine, a atmosferu i ponašanje instrumenata također treba uzeti u obzir.
Iz tih nepotpunih podataka računalni postupci rekonstruiraju sliku. Izbor početnog modela, postavki i načina ispravljanja pogrešaka može utjecati na rezultat. Većina analiza dala je prepoznatljiv prsten, ali pojedine neovisne obrade nisu ga jasno pokazale. Otvorilo se pitanje koliko izgled M87* ovisi o samim mjerenjima, a koliko o odlukama donesenima tijekom njihove obrade.
Drukčiji put od radiovalova do prstena
Novi postupak nazvan GenDIReCT koristi matematičke kombinacije mjerenja s trojki teleskopa. Iz njih izdvaja podatke o obliku izvora koji nisu osjetljivi na određene pogreške pojedinačnih postaja. Time zaobilazi dio problema s kalibracijom, odnosno usklađivanjem i ispravljanjem mjerenja instrumenata.
Za rekonstrukciju slike tim je upotrijebio i umjetnu inteligenciju, treniranu prvenstveno na slikama koje nemaju veze s astronomijom. Sustav nije dobio zadatak nacrtati unaprijed propisanu crnu rupu: rekonstrukciju su usmjeravale vrijednosti dobivene iz teleskopskih mjerenja.
Autori su provjerili i mogući izvor pristranosti u samom učenju. Početni skup za treniranje sadržavao je, uz druge slike, jednostavne geometrijske oblike, među njima prstenove. Zato su postupak ponovili bez tih geometrijskih primjera. Izgled rekonstruirane crne rupe nije se bitno promijenio.
Mijenjali su i veličinu područja unutar kojeg algoritam smije sastaviti sliku. Kod najkvalitetnijih podataka iz svake promatrane godine ponovno se pojavljivao malen, približno kružan prsten, svjetliji na južnoj ili jugozapadnoj strani. U pojedinim rekonstrukcijama iz slabijih skupova podataka njegov je oblik bio manje jasan, što pokazuje koliko rezultat i dalje ovisi o kvaliteti opažanja.
Veličina se podudara, detalji ostaju neizvjesni
Prosječni kutni promjer prstena iznosio je 42,2 mikrolučne sekunde, uz nesigurnost od 1,5 mikrolučnih sekundi. To je kutna mjera njegove veličine na nebu, a ne fizički promjer crne rupe. Uz prihvaćenu udaljenost i pretpostavke kojima se veličina prstena povezuje s masom, istraživači su procijenili masu M87* na oko 6,5 milijardi Sunčevih masa, uz nesigurnost od oko pola milijarde.
Takav rezultat dobro se slaže s ranijim EHT-ovim rekonstrukcijama i procjenama dobivenima praćenjem gibanja zvijezda. Kako ističe tim CSIRO-a, vrijednost nove metode upravo je u tome što do usporedivog izgleda dolazi neovisnim pristupom.
Jednako pouzdano zasad se ne mogu odrediti svi detalji. Širina prstena i preostali sjaj u njegovu središtu znatno više ovise o metodi obrade. Usporedbe sa simulacijama također nisu dale preciznu vrijednost brzine vrtnje crne rupe. Za takvo mjerenje autori upućuju na buduće povezivanje zemaljskih i svemirskih radioteleskopa, koje bi moglo razlučiti mnogo uži fotonski prsten nastao od svjetlosti čija je putanja snažno zakrivljena oko crne rupe.
