Астрономы сделают первое изображение черной дыры

Ученые разработали алгоритм, который поможет астрономам сделать первое изображение черной дыры. Используя его, ученые соберут данные с радиотелескопов, разбросанных по всему миру, – по сути, Земля превратится в один большой радиотелескоп.

«Так же, как радиочастоты проходят через стены, радиоволны проникают сквозь галактическую пыль», – поясняют ученые.

Черная дыра находится очень далеко от Земли, и увидеть ее – все равно что рассматривать с Земли грейпфрут, который находится на Луне. Поэтому для получения качественного изображения потребуется телескоп диаметром не менее 10 тысяч километров, а это невозможно, поскольку диаметр Земли составляет меньше 13 тысяч километров.

Тогда ученые решили объединить усилия шести обсерваторий, расположенных в разных точках мира, однако даже после этого в полученных данных имеются большие пробелы. Чтобы их восполнить, придумали новый компьютерный алгоритм под названием CHIRP.

В новом алгоритме, разработанном учеными, используется метод интерферометрии – исследования, основанного на явлении интерференции (сложения) волн. Как правило, астрономический сигнал достигает двух любых телескопов за немного разное время. Учет этого различия имеет важное значение для извлечения зрительной информации из сигнала, но на погрешность может повлиять и земная атмосфера, которая замедляет радиоволны. В итоге, имеем неверные расчеты, от которых и зависит интерферометрическое изображение.

Разработчики CHIRP разрешили эту проблему алгебраическим способом: если измерения с трех телескопов перемножаются, то задержки во времени, вызванные атмосферными помехами, компенсируются сами собой. Это означает, что каждое новое измерение требует данных с трех, а не двух телескопов – то есть увеличение точности компенсирует потерю информации.

Следующий шаг – собрать изображение. Обычный алгоритм предполагает, что изображение – это набор отдельных точек света, и пытается найти те точки, яркость и расположение которых лучше соответствует данным. Затем алгоритм размывает все яркие точки, чтобы получить непрерывное изображение.

В новом алгоритме берется модель в виде резинового листа, покрытого регулярно расположенными конусами, высоты которых различаются, но основания имеют одинаковый диаметр. Подгонка модели к интерферометрическим данным происходит за счет регулировки высоты конусов. Для перевод модели в визуальное изображение ее как бы драпируют сверху: чем ярче изображение тем выше рельеф. Поскольку высота постоянно меняется, модель сохраняет естественную непрерывность изображения.

Новый алгоритм позволит значительно уменьшить колебания атмосферных шумов, тепловых шумов от телескопов и тем самым поможет скорректировать изображения, полученные с телескопов.