L’immagine di un buco nero supermassiccio resa nitida dall’AI

Gli astronomi hanno utilizzato l'intelligenza artificiale (AI) per rendere più nitida l'immagine del buco nero M87* dell'Event Horizon Telescope del 2019, la prima immagine diretta mai scattata di un buco nero

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L'immagine di un buco nero supermassiccio resa nitida dall'AI
L'immagine di un buco nero supermassiccio resa nitida dall'AI

Gli astronomi hanno utilizzato l’intelligenza artificiale (AI) per rendere più nitida l’immagine del buco nero M87* dell’Event Horizon Telescope del 2019, la prima immagine diretta mai scattata di un buco nero.

L’iconica immagine del 2019 di M87*, un buco nero delle dimensioni del sistema solare al centro dell’ammasso di galassie della Vergine, è stata realizzata unendo la luce radio che aveva viaggiato fino a noi attraverso 53 milioni di anni luce di spazio.

Utilizzando l’apprendimento automatico (una branca dell’intelligenza artificiale) per pulire l’immagine, un team di ricercatori l’ha resa più nitida ottenendo la massima risoluzione possibile ed ha esposto una regione centrale più ampia e più scura circondata da gas incandescente che gli astronomi hanno descritto come una “ciambella magra”.

“Con la nostra nuova tecnica di apprendimento automatico, PRIMO, siamo stati in grado di ottenere la massima risoluzione dell’attuale telescopio array”, ha dichiarato in una nota l’autrice principale dello studio Lia Medeiros, un’astronoma dell’Institute for Advanced Study di Princeton, nel New Jersey. “Poiché non possiamo studiare i buchi neri da vicino, il dettaglio di un’immagine gioca un ruolo fondamentale nella nostra capacità di comprenderne il comportamento. La larghezza dell’anello nell’immagine è ora più piccola di circa un fattore due, che sarà un potente vincolo per i nostri modelli teorici e test di gravità.”

Il buco nero Messier 87

Il buco nero Messier 87, che è largo quanto il nostro sistema solare e 6,5 miliardi di volte la massa del Sole, è stato ripreso dall’Event Horizon Telescope (EHT), una serie di otto radiotelescopi sincronizzati a livello globale. I buchi neri hanno un’attrazione gravitazionale così potente che nulla (nemmeno la luce) può sfuggire alle loro fauci, ma questo non significa che non possano essere visti. Questo perché i buchi neri attivi sono circondati da dischi di accrescimento, ovvero vasti anelli di materiale strappati alle nubi di gas e alle stelle che orbitano attorno agli orizzonti degli eventi dei buchi neri, che vengono riscaldati a temperature roventi per attrito, producendo un bagliore debole ma rilevabile.

È da questi deboli barlumi radio che gli astronomi sono stati in grado di ricostruire la lontana singolarità come un buco di ciambella circondato da un alone di luce. Ma le lacune nei dati, derivanti da pezzi di luce del puzzle mancanti dove non c’era nessun radiotelescopio per riceverli, hanno lasciato l’immagine sfocata e mal definita.



Per rendere più nitido il quadro, i ricercatori si sono rivolti a una nuova tecnica di intelligenza artificiale chiamata modellazione interferometrica a componenti principali (PRIMO), che ha analizzato più di 30.000 immagini simulate ad alta fedeltà di accrescimenti di gas di buchi neri per trovare modelli comuni. Questi modelli sono stati quindi ordinati in base alla frequenza con cui si sono verificati prima di essere fusi insieme e applicati all’immagine originale per produrre una stima più nitida.

Un confronto fianco a fianco dell'immagine del buco nero M87* prima (sinistra) e dopo (destra) l'aumento della nitidezza mediante l'algoritmo PRIMO.  (Credito immagine: Medeiros et al. 2023)
Un confronto fianco a fianco dell’immagine del buco nero M87* prima (sinistra) e dopo (destra) l’aumento della nitidezza mediante l’algoritmo PRIMO. (Credito immagine: Medeiros et al. 2023)

Controllando l’immagine appena renderizzata con i dati EHT e la teoria su come dovrebbe apparire il buco nero, i ricercatori hanno confermato che la loro immagine era un’approssimazione molto vicina alla realtà. Ciò ha ovviamente richiesto la grande ipotesi che il buco nero avrà l’aspetto che ci aspettiamo, ma i ricercatori hanno affermato che l’immagine del 2019 ha già confermato le previsioni teoriche dei suoi ampi dettagli. Questa nuova immagine consentirà uno studio ancora più approfondito degli effetti estremi prodotti dalle doline cosmiche, dove le nostre teorie della gravità e della meccanica quantistica si rompono e si fondono, ha aggiunto il team.

“L’immagine del 2019 è stata solo l’inizio”, ha detto Medeiros. “Se un’immagine vale più di mille parole, i dati alla base di quell’immagine hanno molte più storie da raccontare. PRIMO continuerà a essere uno strumento fondamentale per estrarre tali intuizioni”, ha concluso.

Fonte: The Astrophysical Journal Letters

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