Pierwsze w historii zdjęcie czarnej dziury wywołało w świecie nauki prawdziwą euforię, ale z czasem stało się przedmiotem zażartej debaty. Niektórzy badacze podważali wiarygodność słynnego świecącego pierścienia. Najnowsza, w pełni niezależna analiza surowych danych rozwiewa jednak wszelkie wątpliwości.
- W środowisku astrofizycznym pojawiły się wątpliwości co do wiarygodności pierwszego w historii obrazu czarnej dziury M87*.
- Australijski zespół pod kierownictwem Nithyanandana Thyagarajana opracował zupełnie nową metodę analizy surowych danych.
- Niezależna weryfikacja dała niemal identyczny rezultat jak ten opublikowany w 2019 r.
Co by było, gdyby na Ziemi nigdy nie powstało życie? Podważono słynną hipotezę
Kilka lat temu astrofizycy zaprezentowali światu pierwsze zdjęcie czarnej dziury – supermasywnej M87*. Świecący pierścień otaczający ciemny cień idealnie pokrywał się z tym, co dziesięciolecia wcześniej przewidywały równania ogólnej teorii względności.
Zgodnie z nią niewyobrażalna masa czarnej dziury zakrzywia czasoprzestrzeń do tego stopnia, że zagina bieg promieni świetlnych, tworząc wokół horyzontu zdarzeń charakterystyczną świetlistą obwódkę. Bezpośrednie zaobserwowanie tego zjawiska uznano za jeden z najmocniejszych dowodów na poprawność teorii Einsteina w ekstremalnych warunkach kosmicznych.
Ograniczenia teleskopu i cień sceptycyzmu
Uzyskanie tak przełomowego obrazu było możliwe dzięki zastosowaniu innowacyjnej architektury Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT). Nie jest to pojedyncze urządzenie, lecz globalna sieć radioteleskopów rozmieszczonych w różnych zakątkach globu. Pracując synchronicznie zapewnia rozdzielczość pozwalającą zajrzeć w bezpośrednie sąsiedztwo czarnej dziury.
„Nie miał prawa istnieć”. Początkowo polscy naukowcy myśleli, że AI się pomyliła
Jednak ta sama konstrukcja, która otwiera przed astronomami nowe możliwości, stanowi również źródło poważnych ograniczeń. Nithyanandan Thyagarajan z australijskiej agencji naukowej CSIRO zwraca uwagę, że sieć EHT składa się zaledwie z garstki obserwatoriów rozrzuconych po świecie. Powoduje to powstawanie rozległych luk w zbieranych pomiarach, które muszą być następnie uzupełniane przez zaawansowane algorytmy rekonstrukcji obrazu.
Dodatkowym wyzwaniem jest fakt, że obserwacje prowadzone są na bardzo krótkich falach radiowych, niezwykle podatnych na zakłócenia generowane przez ziemską atmosferę.
W konsekwencji surowe dane dostarczane przez EHT wymagają znacznie głębszej interpretacji niż tradycyjne pomiary astronomiczne, a ostateczny wygląd obrazu w dużym stopniu zależy od przyjętej metody przetwarzania informacji. Choć większość zespołów badawczych analizujących dane dotyczące M87* uzyskiwała zbliżony efekt w postaci pierścienia, w 2022 r. pojawiła się publikacja, której autorzy nie dostrzegli na swoich rekonstrukcjach żadnej pierścieniowatej struktury. W środowisku astrofizycznym zaczął narastać sceptycyzm.
Aby ostatecznie rozstrzygnąć spór, Nithyanandan Thyagarajan wraz ze swoim zespołem przeprowadził zupełnie nową, niezależną analizę zgromadzonych danych. Naukowcy odrzucili dotychczasowe narzędzia i zaprojektowali od podstaw całkowicie odmienny system przetwarzania pomiarów. Zamiast standardowego podejścia, polegającego na analizowaniu sygnałów z par teleskopów przed ich ostatecznym połączeniem, badacze pogrupowali obserwatoria w trójki.
Jak wyjaśnia Thyagarajan, zestawienie jednoczesnych pomiarów z trzech instrumentów pozwala zachować kluczowe informacje o rzeczywistym kształcie obserwowanego obiektu, a jednocześnie skutecznie eliminuje błędy wynikające z zakłóceń atmosferycznych oraz niedoskonałości samych radioteleskopów.
Zespół zadbał również o to, by wykluczyć czynnik ludzki i podświadome dążenie do uzyskania oczekiwanego rezultatu. W tym celu opracowano specjalny algorytm uczenia maszynowego, który trenowano wyłącznie na obrazach niezwiązanych z czarnymi dziurami. Dzięki temu sztuczna inteligencja nie była obciążona żadnymi założeniami dotyczącymi tego, jak powinien wyglądać wynik końcowy.
Teoria Einsteina potwierdzona na nowo
Rezultat tej żmudnej, wieloetapowej weryfikacji okazał się jednoznaczny, a wyniki opublikowano w magazynie Nature. Obraz wygenerowany przez nową metodę jest niemal identyczny z tym, który zespół EHT przedstawił światu w 2019 r. Charakterystyczny świecący pierścień wokół ciemnego centrum przetrwał najbardziej rygorystyczną próbę podważenia jego autentyczności.
Niezależne badania australijskiego zespołu nie tylko ucinają spekulacje na temat rzekomych błędów w obróbce danych, ale mają też fundamentalne znaczenie dla współczesnej fizyki. Stanowią one kolejne potwierdzenie, że pierwotne odkrycie Teleskopu Horyzontu Zdarzeń było w pełni wiarygodne, a ogólna teoria względności z niezwykłą precyzją opisuje strukturę czasoprzestrzeni nawet na samej granicy czarnej dziury.
Obejrzyj także: