تبدو الصورة الأولى الملتقطة لثقب أسود أكثر وضوحًا الآن.

صدر أصلا في عام 2019، غير مسبوق التقطت صورة تاريخية للثقب الأسود الهائل الموجود في مركز المجرة ميسييه 87 جسمًا سماويًا غير مرئي بشكل أساسي باستخدام التصوير المباشر.

قدمت الصورة أول دليل مرئي مباشر على وجود الثقوب السوداء، حيث تعرض منطقة مركزية مظلمة مغلفة بحلقة من الضوء تبدو أكثر سطوعًا على جانب واحد. أطلق علماء الفلك على الجسم اسم “الدونات البرتقالية الغامضة”.

وقال الباحثون إن العلماء استخدموا الآن التعلم الآلي لإعطاء الصورة ترقية أكثر وضوحًا تبدو أشبه بقطعة دونات “نحيفة”. أما المنطقة الوسطى فهي أغمق وأكبر حجما، وتحيط بها حلقة لامعة حيث يسقط الغاز الساخن داخل الثقب الأسود في الصورة الجديدة.

في عام 2017، انطلق علماء الفلك لمراقبة القلب غير المرئي للمجرة الضخمة ميسييه 87، أو M87، بالقرب من مجموعة مجرات العذراء على بعد 55 مليون سنة ضوئية من الأرض.

إن مؤسسة Event Horizon Telescope Collaboration، والتي تسمى EHT، هي شبكة عالمية من التلسكوبات التي التقطت أول صورة لثقب أسود. وعمل أكثر من 200 باحث في المشروع لأكثر من عقد من الزمن. تم تسمية المشروع على اسم أفق الحدث، وهو الحد المقترح حول الثقب الأسود الذي يمثل نقطة اللاعودة حيث لا يمكن للضوء أو الإشعاع الهروب.

لالتقاط صورة للثقب الأسود، قام العلماء بدمج قوة سبعة تلسكوبات راديوية حول العالم باستخدام قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا، وفقًا للمرصد الأوروبي الجنوبي، وهو جزء من EHT. هذه المصفوفة نجح في إنشاء تلسكوب افتراضي بنفس حجم الأرض.

تم دمج البيانات من المراقبة الأصلية لعام 2017 مع تقنية التعلم الآلي لالتقاط الدقة الكاملة لما شاهدته التلسكوبات لأول مرة. تم إصدار الصورة الجديدة الأكثر تفصيلاً مع الدراسة يوم الخميس في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

وقالت ليا ميديروس، مؤلفة الدراسة الرئيسية وزميلة ما بعد الدكتوراه في الفيزياء الفلكية في كلية العلوم الطبيعية في معهد الدراسات المتقدمة في الولايات المتحدة: “بفضل تقنية التعلم الآلي الجديدة، PRIMO، تمكنا من تحقيق أقصى قدر من الدقة للمصفوفة الحالية”. برينستون، نيوجيرسي، في بيان.

“بما أننا لا نستطيع دراسة الثقوب السوداء عن قرب، فإن تفاصيل الصورة تلعب دورًا حاسمًا في قدرتنا على فهم سلوكها. أصبح عرض الحلقة في الصورة الآن أصغر بمقدار الضعف تقريبًا، وهو ما سيشكل عائقًا قويًا لنماذجنا النظرية واختبارات الجاذبية.

قام Medeiros وأعضاء آخرون في EHT بتطوير نمذجة التداخل ذات المكونات الرئيسية، أو بريمو. تعتمد الخوارزمية على تعلم القاموس حيث تقوم أجهزة الكمبيوتر بإنشاء قواعد تعتمد على كميات كبيرة من المواد. إذا تم إعطاء الكمبيوتر سلسلة من الصور لموزات مختلفة، بالإضافة إلى بعض التدريب، فقد يتمكن من معرفة ما إذا كانت الصورة غير المعروفة تحتوي على موزة أم لا.

قامت أجهزة الكمبيوتر التي تستخدم PRIMO بتحليل أكثر من 30.000 صورة محاكاة عالية الدقة للثقوب السوداء لاختيار التفاصيل الهيكلية الشائعة. سمح هذا للتعلم الآلي بشكل أساسي بملء فجوات الصورة الأصلية.

وقال تود لوير، عالم الفلك في مختبر أبحاث علم الفلك البصري بالأشعة تحت الحمراء الوطني التابع لمؤسسة العلوم الوطنية: “إن PRIMO هو نهج جديد للمهمة الصعبة المتمثلة في إنشاء صور من عمليات رصد EHT”. NOIRLab. “إنها توفر طريقة للتعويض عن المعلومات المفقودة حول الجسم الذي تتم ملاحظته، وهو أمر مطلوب لإنشاء الصورة التي كان من الممكن رؤيتها باستخدام تلسكوب راديوي عملاق واحد بحجم الأرض.”

تتكون الثقوب السوداء من كميات هائلة من المادة المضغوطة في مساحة صغيرة، وفقًا لما ذكره موقع “space” الأمريكى ناسامما يخلق مجال جاذبية هائل يجذب كل شيء حوله، بما في ذلك الضوء. تتمتع هذه الظواهر السماوية القوية أيضًا بطريقة لتسخين المواد المحيطة بها وتشويه الزمكان.

تتراكم المواد حول الثقوب السوداء، وتسخن إلى مليارات الدرجات وتصل إلى سرعة الضوء تقريبًا. ينحني الضوء حول جاذبية الثقب الأسود، مما يخلق حلقة الفوتون التي تظهر في الصورة. ويمثل ظل الثقب الأسود المنطقة المركزية المظلمة.

يعمل التأكيد البصري للثقوب السوداء أيضًا بمثابة تأكيد نظرية ألبرت أينشتاين في النسبية العامة. في هذه النظرية، تنبأ أينشتاين بأن المناطق الكثيفة والمضغوطة من الفضاء سيكون لها جاذبية شديدة بحيث لا يمكن لأي شيء الهروب منها. ولكن إذا كانت المواد الساخنة على شكل بلازما تحيط بالثقب الأسود وتبعث الضوء، فمن الممكن أن يكون أفق الحدث مرئيًا.

يمكن للصورة الجديدة أن تساعد العلماء على إجراء قياسات أكثر دقة لكتلة الثقب الأسود. يمكن للباحثين أيضًا تطبيق PRIMO على ملاحظات EHT الأخرى، بما في ذلك تلك الخاصة بـ الثقب الأسود في مركز مجرتنا درب التبانة.

قال ميديروس: “كانت صورة 2019 مجرد البداية”. “إذا كانت الصورة تساوي ألف كلمة، فإن البيانات الكامنة وراء تلك الصورة تحتوي على الكثير من القصص التي يمكن سردها. وسوف يستمر بريمو في كونه أداة حاسمة في استخلاص مثل هذه الأفكار.