ИИ, обученный на фото кошек, заново построил первый снимок чёрной дыры, и кольцо осталось

Самое знаменитое изображение чёрной дыры прошло слепой тест. Небольшая команда из CSIRO — национального научного агентства Австралии — создала программу обработки изображений, которая научилась понимать, как выглядят снимки, на фотографиях кошек, собак и автомобилей, направила её на сырые данные Event Horizon Telescope, лежащие в основе первого изображения чёрной дыры, и получила то же самое светящееся кольцо.

Это важно, потому что у кольца появился оппонент. Альтернативный повторный анализ утверждал, что «пончик», видимый вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре соседней галактики, может быть артефактом обработки данных, а реальный объект может представлять собой вытянутое яркое пятно. Новая работа, опубликованная в Nature, находит кольцо во всех наборах данных высокого качества, которые она изучила, а его размер указывает на чёрную дыру массой в миллиарды раз больше Солнца, что согласуется с независимыми оценками.

«Важно, что наша модель понятия не имела, как выглядит чёрная дыра, когда мы применили её к данным M87, — сказал ведущий автор Сэмюэл Лай (Samuel Lai), астроном из CSIRO. — Это первая по-настоящему независимая проверка изображения EHT, важный шаг в научном процессе».

Почему изображение чёрной дыры может быть предметом споров

M87* находится на расстоянии около 55 миллионов световых лет, а её тень занимает на небе такой крошечный участок, что Лай сравнивает задачу с «попыткой сфотографировать пончик на Луне, стоя у себя на заднем дворе». Ни одна отдельная антенна не справится. Event Horizon Telescope объединяет радиообсерватории в Чили, Мексике, на Гавайях, в Аризоне, Испании и других местах, так что вся Земля работает как один телескоп.

Этот виртуальный телескоп по большей части состоит из пустоты. Каждая пара антенн снимает лишь тонкую полосу информации, необходимой для построения изображения, а каждая станция вносит ошибки от своей электроники и турбулентного воздуха над ней. Программное обеспечение должно заполнять пробелы, и выбор, сделанный в этом ПО, может повлиять на итоговую картинку.

Оригинальная коллаборация знала об этом и запустила четыре команды по обработке изображений параллельно, вслепую друг от друга. Все четыре нашли кольцо, но разошлись в мелких деталях, например, в том, где оно ярче всего. Затем японская группа под руководством Макото Миёси (Makoto Miyoshi) переобработала общедоступные данные с помощью классического метода и сообщила, что если анализ допускает более широкий участок неба, то одно вытянутое яркое пятно подходит лучше, чем кольцо. Спор упёрся в допущения, а допущения — это именно то, что должен устранить независимый тест.

Как это было сделано

Команда CSIRO атаковала оба слабых места одновременно. Во-первых, данные. Стандартный подход объединяет измерения от пар телескопов, которые несут вместе с сигналом ошибки калибровки каждой станции. Команда вместо этого использовала «замкнутые инварианты» — величины, построенные из трёх телескопов одновременно, в которых эти ошибки взаимно уничтожаются. «Наша методика комбинирует тройки, а не стандартные пары телескопических данных, чтобы устранить эти ошибки», — сказал руководитель проекта Нитанандхан Тьягараджан (Nithyanandan Thyagarajan).

Во-вторых, программное обеспечение. Команда построила генеративную ИИ-систему под названием GenDIReCT, по духу похожую на инструменты, превращающие текст в картинки, но управляемую замкнутыми инвариантами вместо текстового запроса. Она научилась тому, как выглядят реальные изображения, на стандартной библиотеке повседневных фотографий плюс простых фигурах, таких как диски и кольца. Чтобы убедиться, что эти кольца не искажают ответ, исследователи переобучили её без каких-либо геометрических фигур и не обнаружили заметной разницы.

Прежде чем увидеть какие-либо данные M87*, программа должна была пройти тесты на синтетических данных и на реальных наблюдениях других галактик, воспроизведя опубликованные изображения квазара 3C 279 со сходством 98% и радиогалактики Центавр A со сходством 91%. Затем команда заморозила модель, чтобы никто не мог подкрутить её после просмотра ответа. Она проработала восемь ночей общедоступных данных из трёх наблюдательных сезонов, каждый с тремя окнами на небе, создав около 300 кандидатов в изображения для каждого набора данных. В качестве перекрёстной проверки, не связанной с машинным обучением, команда также подогнала те же тройные данные с помощью обычной статистической модели кольца.

Что говорит нам кольцо

Каждый набор данных с хорошим покрытием телескопов дал компактное кольцо диаметром около 42 микросекунд дуги, независимо от размера окна на небе. Эта стабильность — прямой ответ альтернативному анализу, который находил своё яркое пятно только при большом окне. Команда CSIRO утверждает, что более ранний эффект, скорее всего, связан с ночью с разреженным покрытием и данными более низкого качества. Изображения, полученные с помощью машинного обучения, дали 42,2 микросекунды дуги, а обычная подгонка — 42,3, что совпадает в пределах погрешности. Разрешить такую мелкую деталь, отмечается в статье, — это всё равно что разглядеть толщину человеческого волоса с расстояния более 1000 километров.

Исходя из этого размера, команда оценивает массу в 6,5 миллиардов солнечных масс, плюс-минус 0,5 миллиарда. Это почти точно совпадает с независимой оценкой по движению звёзд в галактике — около 6,6 миллиардов солнечных масс — и сильно расходится с оценкой по движению газа — около 3,5 миллиардов, которая дала бы кольцо примерно вдвое меньшего диаметра. Стрелец A* — чёрная дыра в центре Млечного Пути — весит около 4 миллионов солнечных масс, так что M87* более чем в тысячу раз тяжелее.

Изображения также позволяют предположить, что мы видим чёрную дыру почти анфас, под углом около 20 градусов к её джету, что близко к 17 градусам, измеренным по самому джету. Самая яркая часть кольца смещается от сезона к сезону, что авторы объясняют турбулентным газом, падающим в чёрную дыру, а не методом.

Что это не решает

Новый анализ независим по методу, но не по данным. Он использует те же общедоступные измерения Event Horizon Telescope, поэтому не может исключить проблему, заложенную в сырых записях; он показывает, что кольцо не является продуктом особенностей обработки исходных команд.

Некоторые характеристики остаются размытыми. Толщина кольца, яркость его центра и степень асимметрии менялись в зависимости от метода и от ночи, и авторы говорят, что они, вероятно, не отражают истинный источник. Одна ночь, когда ключевой телескоп в Мексике отсутствовал, дала самые неоднозначные результаты.

Масса менее надёжна, чем предполагает заглавная цифра. Преобразование размера кольца в массу опирается на калибровочный коэффициент, взятый из компьютерного моделирования, и полный диапазон этого коэффициента смещает оценку между 6,0 и 6,7 миллиардами солнечных масс. Изображения не могут определить, как быстро вращается чёрная дыра, хотя они свидетельствуют в пользу некоторого вращения. И команда предупреждает, что хорошее соответствие данным является необходимым, но недостаточным доказательством правильности изображения, поскольку не существует эталонного снимка M87*, с которым можно было бы свериться.

Часто задаваемые вопросы об изображении чёрной дыры M87*

Реально ли первое изображение чёрной дыры?

Да, согласно этой независимой проверке. Команда за пределами исходного анализа, используя другой способ объединения данных и ИИ, который никогда не видел чёрной дыры, восстановила кольцо того же размера и ориентации. Мелкие детали, такие как толщина кольца, всё ещё различаются в зависимости от метода.

Как фотографируют чёрную дыру?

Фотографируют горячий газ вокруг неё. Свет от этого газа огибает чёрную дыру и образует яркое кольцо вокруг тёмной тени. Чтобы увидеть такую маленькую тень, Event Horizon Telescope объединяет радиотарелки по всей планете, так что они работают как один телескоп размером с Землю.

Насколько велика чёрная дыра M87*?

Новый анализ оценивает её массу примерно в 6,5 миллиардов солнечных масс, что более чем в тысячу раз тяжелее чёрной дыры в центре нашей галактики. Её кольцо занимает на небе около 42 микросекунд дуги — слишком мало, чтобы его мог разрешить любой отдельный телескоп.

Что дальше

Данные охватывают четыре ночи в апреле 2017 года, две ночи в апреле 2018 года, когда к массиву присоединился Гренландский телескоп, и две ночи в апреле 2021 года. Оригинальное изображение M87* было обнародовано 10 апреля 2019 года, а критика со стороны команды Миёси появилась в 2022 и 2024 годах. Исследователи из CSIRO говорят, что их замороженная модель впервые запустилась на данных M87* 4 декабря 2025 года, а статья появилась онлайн 11 ноября 2026 года, при этом реконструкции и код были опубликованы.

Авторы ожидают, что запланированные наблюдения с помощью инструмента NIRSpec космического телескопа James Webb позволят составить карту движения газа и звёзд в ядре M87 и уточнить массу. Тьягараджан говорит, что методика с тройками также может помочь областям, где множество датчиков объединяются в одну карту, — от медицинской визуализации до отслеживания землетрясений. Ещё более крупная цель ждёт впереди: телескопы в космосе смогут разрешить тонкое фотонное кольцо внутри тени и, наконец, измерить, как быстро вращается M87*.

Источник: Lai et al., «Independent interferometric observable confirms black hole shadow in M87*,» Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11241-9

Теги: искусственный интеллект, астрономия, чёрные дыры, CSIRO, Event Horizon Telescope, M87