Нейросеть помогла раскрыть тайны вращения черной дыры в центре галактики

С помощью нейросети международная группа исследователей научилась анализировать черные дыры, проведя миллионы вычислительных симуляций. Оказалось, что черная дыра в центре Млечного Пути вращается почти на предельной скорости, при этом ось вращения направлена в сторону Земли.


Такие результаты стали возможны благодаря использованию вычислительных мощностей Центра ШНТС — совместной инициативы Университета Висконсин-Мадисон и Института Моргридж. Статьи с описанием методики опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics. Высокопроизводительные системы позволяют разбивать сложные задачи на множество операций, обрабатываемых параллельно. Это даёт возможность быстро находить решение при огромных объемах данных.

Подобный подход эффективен не только в астрофизике, но и при поиске гравитационных волн, нейтрино, а также при разработке антибиотиков.

В 2019 году телескоп Event Horizon Telescope (EHT) представил первые изображения черной дыры в галактике M87, а в 2022 году получил снимок объекта Стрелец A* — центра галактики. Однако траектория и скорость вращения этих объектов не могли быть определены вручную, и учёные обратились к нейросетям.

Ранее команда EHT пользовалась лишь несколькими теоретическими моделями. Благодаря участию ШНТС удалось применить десятки миллионов симуляций, на которых ИИ обучался отличать реалистичные модели от ошибочных. Это дало возможность оценить характеристики реальных объектов.

Главное из полученных данных:

Установлено, что Стрелец A* вращается почти на пределе допустимой скорости;
Движение вещества вблизи черной дыры указывает на наличие джетов — потоков частиц;
Направление магнитных полей отличается от классических предсказаний.

Аккреционный диск, окружающий черную дыру, представляет собой раскаленное скопление газа и пыли, разогревающееся до экстремальных температур при притяжении к горизонту событий. Эти процессы становятся заметны раньше, чем вещество попадает внутрь черной дыры.

Майкл Янссен из Университета Радбуд в Нидерландах отмечает, что переосмысление прежних представлений особенно интересно. По его словам, работа ИИ — это лишь начальный этап, за которым последуют улучшения моделей.

Исследование охватывает значительные масштабы: за три года система выполнила свыше 12 миллионов расчётов.

Астроном Чи-Кван Чан из Университета Аризоны отметил, что такое количество расчетов требует идеального взаимодействия между серверами и хранилищами. ЭНТ, в свою очередь, с радостью использует ресурсы системы ШНТС для научной работы. Энтони Гиттер из Института Моргридж подчеркнул, что вычислительные мощности стали инструментом не только в астрофизике, но и в исследованиях в других науках. Это способствует обучению нейросетей и позволяет делать новые открытия. Руководитель ШНТС Мирон Ливни добавил, что их система предназначена для подобных нагрузок и активно применяется в проектах, тестирующих устойчивость идей и гипотез.

Проект подтвердил, что нейросети способны анализировать сложные астрофизические явления эффективнее, чем традиционные методы. Кроме того, он расширяет понимание природы черных дыр и других космических объектов, в частности, уточняет поведение магнитных полей и состав аккреционных дисков.

Читайте также: