Когда в 2019 году команда Event Horizon Telescope (EHT) опубликовала первое в истории изображение черной дыры, астрофизическое сообщество было в восторге: снимок черной дыры M87* демонстрировал идеальную кольцевую структуру — в точности такую, как предсказывала общая теория относительности. Однако в дальнейшем, по мере перепроверки данных, в отношении этого изображения стали закрадываться сомнения. Новый, полностью независимый анализ, опубликованный в Nature, окончательно их развеял.
Ставшая уже культовой форма «пончика» на снимке EHT обусловлена важнейшим следствием ОТО — искривлением света вблизи очень массивного объекта. Поэтому фото M87* стало одним из самых наглядных доказательств теории относительности.
Получить это изображение позволило уникальное устройство EHT — сети антенн по всему миру, работающих как один радиотелескоп размером с Землю. Благодаря этому он способен заглянуть гораздо ближе к краю черной дыры, чем любая другая обсерватория. Но это преимущество EHT одновременно накладывает и ограничения.
«В его составе всего несколько телескопов, разбросанных по всему земному шару, из-за чего в измерениях остаются большие пробелы, которые приходится заполнять алгоритму обработки изображения. К тому же он ведет наблюдения на очень коротких радиоволнах, которые могут искажаться атмосферой», — объясняет радиоастроном Нитьянандан Тьягараджан из Австралийского объединения научных и прикладных исследований CSIRO, руководивший исследованием.
Из-за этих ограничений исходные данные EHT допускают больше интерпретаций, чем большинство астрономических наблюдений, и способ их обработки особенно сильно влияет на итоговое изображение. Большинство анализов данных M87* давали схожие круглые формы, но одна работа 2022 года не показала никакого кольца.
Поэтому когда Тьягараджан с коллегами взялись за перепроверку данных, они разработали совершенно новый конвейер обработки. Вместо того чтобы анализировать данные с пар телескопов EHT до их объединения, как это принято обычно, они объединили телескопы в тройки.
«Объединяя данные с троек телескопов, мы сохраняем информацию о форме объекта и при этом взаимно компенсируем ошибки, вносимые атмосферой и самими телескопами», — говорит ученый.
Кроме того, авторы разработали алгоритм машинного обучения, обученный на изображениях, не связанных с черными дырами, чтобы свести к минимуму предвзятость, вызванную собственными ожиданиями по поводу того, как должно выглядеть изображение.
В итоге новое изображение почти не отличается от исходного. Это ключевое подтверждение вывода EHT о том, что ОТО точно описывает пространство-время вокруг черной дыры.