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M87*: KI schärft Foto von schwarzem Loch

Forscher haben mithilfe von maschinellem Lernen ein zuvor veröffentlichtes Bild eines schwarzen Lochs gestrafft. Zum Einsatz kam die KI Primo.



Das erste Foto eines Schwarzen Lochs wurde 2019 der Öffentlichkeit präsentiert: M87* im Zentrum der Galaxie Messier 87, die über 53 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Originalbilder wurden vom Event Horizon Telescope (EHT) aufgenommen, einem globalen Netzwerk von sieben Radioteleskopen. Jedoch ist die Aufnahme sehr unscharf und erinnert eher an einen verschwommenen Ring oder orangen Donut. Ein Forschungsteam hat das Foto nun mit dem Einsatz der künstlichen Intelligenz Primo nachgeschärft.

In dem Bericht des Forschungsteams heißt es, dass schwarze Löcher von Natur aus schwer zu beobachten sind. Sie üben eine so starke Anziehungskraft aus, dass ihnen weder Materie noch Licht entkommen können.

KI macht das Bild schärfer

Da das damalige Bild so unscharf ist, hat das Team die KI mit allen Daten gefüttert, die das Event Horizon Teleskop 2017 gesammelt hatte – zwei Jahre vor der Präsentation des Fotos. "Es gibt uns eine Möglichkeit, die fehlenden Informationen über ein Objekt zu kompensieren", sagt Tod Lauder in einer Pressemitteilung des Institutes for Advanced Study (IAS), einem privaten Forschungsinstitut in Princeton (New Jersey, USA). Lauder ist Mitautor der Studie.

Bei Primo handelt es sich um einen neuartigen, auf Wörterbuchlernen basierenden Algorithmus, der durch Simulationen von mehr als 30.000 schwarzen Löchern trainiert wird. "Was wir wirklich tun, ist die Korrelationen zwischen verschiedenen Teilen des Bildes zu verstehen. Und das tun wir, indem wir Zehntausende von hochauflösenden Bildern analysieren, die aus Simulationen entstanden sind", erklärt die Astrophysikerin und Autorin der Studie Lia Medeiros in der Pressemitteilung von IAS.

"Da wir schwarze Löcher nicht aus der Nähe studieren können, spielt der Detailgrad eines Bildes eine entscheidende Rolle für unser Verständnis ihres Verhaltens. Die Breite des Rings auf dem Bild ist jetzt etwa um den Faktor zwei kleiner, was für unsere theoretischen Modelle und Tests der Schwerkraft eine starke Einschränkung darstellen wird", erklärt die Hauptautorin weiter.

Der Lichtring – also die Materie, die in das gefräßige Objekt gesaugt wird – ist auf dem neuen Bild etwa halb so breit wie auf dem vorherigen. Außerdem ist in der Mitte eine größere Helligkeitsdepression zu sehen – im Grunde das Donut-Loch -, die durch das Verschwinden von Licht und anderer Materie im schwarzen Loch verursacht wird. "Wenn man ein Bild hat, sind die Pixel in der Nähe eines bestimmten Pixels nicht völlig unkorreliert. Es sei nicht so, dass jedes Pixel völlig unabhängige Dinge tut", erörtert Medeiros.
Zur Studie

Die Studie The Image of the M87 Black Hole Reconstructed with Primo erschien am 13. April 2023 in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters.

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