Нейросеть Kine показала движение плазмы в струе блазара 3C 345 за 27 лет

Международная группа астрофизиков совершила прорыв в наблюдательной астрономии, применив нейросетевые алгоритмы для реконструкции движения плазмы в окрестностях сверхмассивной чёрной дыры. Искусственный интеллект под названием Kine позволил превратить разрозненные архивные данные радиотелескопов в непрерывное видео, охватывающее 27 лет наблюдений. Результаты этой работы, опубликованные в журнале Nature, не только демонстрируют техническое превосходство нового метода, но и ставят под сомнение устоявшиеся модели поведения релятивистских струй.

Объектом исследования стал блазар 3C 345, расположенный в созвездии Геркулеса. Для анализа использовались данные, собранные сетью Very Long Baseline Array (VLBA) в период с 1995 по 2022 год. Всего было обработано 116 эпох наблюдений. Традиционные методы, такие как алгоритм CLEAN, позволяют строить лишь отдельные статичные снимки для каждой даты, оставляя промежутки между ними невидимыми. Нейросеть Kine подошла к задаче иначе: она одновременно обработала весь массив данных, используя пространственно-временные связи между эпохами. Это дало возможность не просто улучшить чёткость картинки, но и восстановить непрерывную динамику плазмы.

Технические показатели реконструкции впечатляют. Разрешение полученного изображения составило около 113 микросекунд дуги — это примерно в 4,2 раза лучше номинального предела исходных наблюдений. Средний динамический диапазон реконструкции достиг значения 5,1x10⁵, тогда как у традиционного метода CLEAN он составлял лишь 3,6x10³. Подобное улучшение позволяет разглядеть структуру струи там, где раньше видны были лишь размытые пятна.

Однако главной сенсацией стали не визуальные улучшения, а измерение локальных скоростей. Яркие компоненты струи продемонстрировали кажущиеся скорости в диапазоне от 10 до 13 скоростей света. Средняя скорость окружающего потока оказалась чуть ниже — около 9–12 скоростей света. Разумеется, речь не идёт о реальном превышении фундаментального предела скорости. Это классический эффект сверхсветового видимого движения, возникающий из-за релятивистской геометрии и специфического угла наблюдения, под которым струя направлена в сторону Земли.

Наиболее интересный вывод касается природы самих ярких компонентов. Сопоставление данных о скоростях и поляризации не подтвердило прежнюю интерпретацию этих сгустков как распространяющихся ударных волн. Исследователи полагают, что это участки повышенной эмиссии, связанные с локальным усилением магнитного давления и доплеровским усилением излучения. Иными словами, мы видим не столько физический «снаряд», летящий сквозь плазму, сколько оптический эффект, возникающий в определённых зонах потока.

Важно отметить, что Kine изначально разрабатывался для динамической визуализации источников с помощью радиоинтерферометрии, включая наблюдения сверхмассивных чёрных дыр телескопом Event Horizon Telescope. Новый подход позволяет анализировать не только отдельные яркие компоненты, но и мгновенное поле скоростей по всей струе. В дальнейшем авторы планируют применить алгоритм к другим блазарам и архивным данным, что может привести к пересмотру некоторых моделей формирования и движения релятивистских струй.

Эта работа демонстрирует, как методы машинного обучения меняют лицо астрофизики. Там, где раньше требовались десятилетия новых наблюдений, нейросети позволяют выжать максимум из уже имеющихся данных, открывая скрытые слои реальности в старых архивах.

По материалам: iXBT