Искусственный интеллект заглянул за горизонт событий: Что мы узнали о самых знаменитых черных дырах

Помните те самые первые, немного размытые, но завораживающие снимки черных дыр? В 2019 году нам показали M87*, а в 2022 — Стрельца A*, монстра в сердце нашей Галактики. Эти оранжевые «бублики» стали иконами современной науки. Но, как и любая фотография, они запечатлели лишь миг, скрыв за кадром целую историю. Что, если бы мы могли не просто смотреть на снимок, а допросить его с пристрастием?

Оказалось, можем. Международная команда астрономов провернула именно такой трюк, вооружившись одним из самых мощных инструментов нашего времени — самообучающейся нейросетью. И то, что они выяснили, напоминает сюжет для научно-фантастического романа: бешеные скорости, космические столкновения и вызов устоявшимся теориям.

Почему простого снимка недостаточно?

Прежде чем мы перейдём к открытиям, давайте разберёмся, в чём вообще проблема. Изображение от Телескопа горизонта событий (EHT) — это не фотография в привычном смысле. EHT — это сеть радиотелескопов, разбросанных по всей планете и работающих как один гигантский «глаз». Они собирают не свет, а радиосигналы, которые затем нужно месяцами обрабатывать на суперкомпьютерах, чтобы «собрать» из них картинку.

В итоге мы получаем данные, полные помех, пробелов и неопределённостей. Представьте, что вы пытаетесь восстановить портрет человека по нескольким отдельным мазкам краски. Можно получить общее представление, но детали — цвет глаз, выражение лица, шрам на щеке — останутся загадкой.

Раньше учёные сравнивали полученные данные с несколькими заранее созданными компьютерными моделями черных дыр. Это было долго, сложно и не очень точно. Но что, если научить компьютер распознавать все возможные «портреты» черных дыр?

Нейросеть-детектив: как это работает

Команда под руководством Майкла Янссена из Университета Радбауда пошла именно этим путём. Они создали миллионы (!) синтетических, то есть сгенерированных на компьютере, моделей черных дыр. Каждая модель отличалась параметрами: скоростью вращения, углом наклона, свойствами окружающего газа и магнитными полями.

Весь этот колоссальный массив данных «скормили» особой, байесовской нейросети. Проще говоря, это не просто программа, которая говорит «да» или «нет». Она оценивает вероятности. Проанализировав реальные данные от EHT, нейросеть смогла сказать: «С вероятностью 95% ваша черная дыра выглядит вот так, вращается с такой-то скоростью, а окружающий её газ ведёт себя следующим образом».

Это полностью меняет правила игры. Вместо горстки моделей — миллионы вариантов. Вместо догадок — статистически обоснованные выводы.

Наш сосед на максималках: что скрывает Стрелец А*?

Первым «пациентом» нейросети стал Стрелец А* (Sgr A*) — сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути. И тут же последовали сюрпризы.

Во-первых, Sgr A* вращается с бешеной скоростью, близкой к теоретическому максимуму, который позволяет общая теория относительности. Представьте себе волчок, раскрученный до предела. Такое вращение буквально скручивает само пространство-время вокруг себя. А знаете, что самое интересное? Ось этого гигантского «волчка» смотрит почти прямо на Землю. Мы как будто заглядываем ему прямо в «дуло».

Во-вторых, знаменитое оранжевое свечение вокруг черной дыры — это в основном излучение от аккреционного диска. Аккреционный диск — это, по сути, гигантский, бешено вращающийся бублик из раскалённого до миллионов градусов газа, который падает в черную дыру. Некоторые теории предполагали, что значительный вклад в свечение вносят джеты — мощные струи плазмы, вырывающиеся с полюсов черной дыры. Но, по данным нейросети, в случае Sgr A* дело обстоит иначе: всем заправляет диск.

Космическое ДТП: загадка обратного вращения M87*

Дальше — больше. Исследователи натравили свой ИИ и на M87*, первую «сфотографированную» черную дыру. Она тоже оказалась быстрой, хоть и уступает в скорости нашему Стрельцу А*. Но главное открытие было в другом.

Выяснилось, что M87* вращается в направлении, противоположном вращению газа в её аккреционном диске!

Чтобы понять, насколько это странно, представьте себе водоворот, в центре которого юла крутится против течения. Это совершенно неестественно. Такое могло произойти только в результате какого-то грандиозного катаклизма. Наиболее вероятный сценарий — это космическая драма: слияние двух галактик в прошлом. В результате этого столкновения одна черная дыра «поглотила» другую, а окружающий их газ был закручен в противоположную сторону. Это не просто наблюдение, это настоящее археологическое свидетельство древней космической катастрофы.

Что дальше? Шаг за пределы теории

«То, что мы бросаем вызов общепринятым теориям, безусловно, захватывающе», — признаётся Майкл Янссен.

Новая методика — это не просто способ уточнить параметры двух известных объектов. Это новый, невероятно мощный инструмент для всей астрофизики. Он позволяет извлекать из данных информацию, которая раньше считалась безвозвратно утерянной в шумах.

Команда не собирается останавливаться. В планах — усовершенствование моделей и симуляций. А скоро к сети EHT присоединится новый мощный инструмент — Африканский миллиметровый телескоп. Больше данных — значит, ещё более точные выводы. И это позволит с небывалой точностью проверить предсказания общей теории относительности Эйнштейна в самых экстремальных условиях во Вселенной.

Так, размытый оранжевый бублик на наших глазах превращается в детализированную картину, полную драм, загадок и ответов на фундаментальные вопросы о том, как устроена наша Вселенная. И всё это — благодаря союзу человеческого любопытства и машинного интеллекта.