Пазл без картинки на коробке ✛
Сеть радиотелескопов, разбросанных по всей планете, ловит шёпот далёкой чёрной дыры. Каждая антенна записывает сигнал, но как совместить эти записи, если часы на станциях тикают с разной скоростью, а атмосфера искажает приходящие волны? Обычно данные сначала «калибруют» — подгоняют под эталон, но эталон сам может ошибаться. И тогда изображение получается как пазл, собранный из кривых кусочков.
Именно эти «честные» кусочки и скармливают алгоритму GenDIReCT. Он работает как опытный реставратор: сначала учится на тысячах обычных фотографий — кошек, самолётов, машин, — а потом берёт неполный набор замкнутых инвариантов и достраивает картину. Никаких астрофизических шаблонов: модель не знает, как «должна» выглядеть чёрная дыра, и поэтому не подгоняет результат под ожидания.
Проверка на реальных данных впечатляет. Для блазара 3C279 алгоритм различил три ярких сгустка, и один из них двигался с видимой скоростью в десять раз быстрее света — это иллюзия, созданная релятивистским джетом, направленным почти на нас. Для Центавра A получились две светящиеся кромки вдоль струи, и угол их расхождения совпал с тем, что ранее нашёл Event Horizon Telescope.
Раньше изображения горизонта событий получала только коллаборация EHT, и скептики спрашивали: а не привносит ли сложная обработка желаемое? Теперь появляется независимый свидетель. Он обучен на земных картинках, но разглядел космические струи — значит, эти струи действительно есть в данных, а не в воображении астрономов.
Пазл без картинки на коробке собран. И хотя не хватает деталей, общий силуэт уже не спутать: перед нами окрестности чёрной дыры, увиденные без единого доверенного телескопа.
Замкнутые инварианты использовались ещё в 1960-х для открытия двойной структуры радиогалактики Лебедь A без точной калибровки антенн. В данной работе алгоритм обучен на фотографиях кошек и самолётов из набора CIFAR-10, но всё равно восстанавливает астрофизические джеты.
В романе Карла Сагана «Контакт» героиня использует интерферометрию для обнаружения внеземного сигнала; здесь похожий принцип применяется для визуализации чёрных дыр. В фильме «Интерстеллар» изображение Гаргантюа было создано с помощью симуляций, а не реальных наблюдений — GenDIReCT приближает нас к получению подобных картин из данных.