27 років спостережень в одному відео: як нейромережа показала струмінь чорної діри

У центрі більшості великих галактик є надмасивна чорна діра, маса якої може у мільйони, а то й мільярди разів перевищувати масу Сонця. Коли така діра активно поглинає навколишню матерію, виникає яскравий об'єкт — квазар. Поглинається, щоправда, не все: частина речовини вилітає в космос довгими струменями плазми, що рухаються майже зі швидкістю світла. Якщо такий струмінь спрямований у бік Землі, об'єкт називають блазаром.

Саме такий блазар — 3C 345 — і став об'єктом нового дослідження, опублікованого в журналі Nature. Відстань до нього — приблизно 5,5 мільярда світлових років. Досі динаміку потоків плазми в струменях блазарів не вдавалося зрозуміти до кінця, адже радіотелескопи робили лише окремі знімки в різні моменти часу.

Тепер дослідники поєднали знімки, зроблені за 27 років спостережень, в одне відео струменя. Зробити це з сотень окремих зображень допомогла нейронна мережа під назвою Kine. Завдяки цьому вчені побачили динаміку плазмового струменя у високій якості на тривалому проміжку часу й змогли відстежити рух окремих його компонентів.

І тут на них чекав сюрприз. Досі вважалося, що яскраві компоненти у струменях блазарів виникають унаслідок проходження ударної хвилі, а швидкість фронту цієї хвилі має помітно перевищувати швидкість руху решти плазми струменя. Натомість у струмені 3C 345 швидкість переміщення яскравих компонентів практично збігається зі швидкістю основного потоку плазми. Це суперечить наявним теоріям.

Щоб робити висновки про хибність теорій, вченим потрібні подібні спостереження за струменями інших квазарів. За словами астрономів, екстремальні умови, пов'язані з надмасивними чорними дірами та їхніми струменями, допомагають, зокрема, перевіряти загальну теорію відносності Ейнштейна — на сьогодні найкращу теорію для опису гравітації та простору-часу.

Для батьків і студентів ця історія — нагода побачити, як працює сучасна наука: окремі спостереження, зібрані за десятиліття, і новітні інструменти на кшталт нейромереж дають змогу помітити те, що раніше було недоступним. А якщо викладачі шукають приклад для уроку астрономії чи фізики, відеореконструкція струменя блазара — наочна ілюстрація того, як теорію перевіряють фактами, а не навпаки.