Wissenschaftler haben Künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um ein dreidimensionales Modell einer Energieeruption rund um das supermassive schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, genannt Sagittarius A* (Sgr A*), zu erstellen. Dieses dreidimensionale Modell könnte zu einem besseren Verständnis der turbulenten Umgebung um supermassive schwarze Löcher im Allgemeinen beitragen.
Das supermassive schwarze Loch im Herzen der Milchstraße Sgr A* in polarisiertem Licht.
Kredit: Collaboration EHT
Das Material, das um Sgr A* kreist, bildet eine abgeflachte Struktur, die als "Akkretionsscheibe" bekannt ist, auf der diese Eruptionen auftreten, die sich über ein breites Spektrum von Lichtwellenlängen zeigen, von hochenergetischen Röntgenstrahlen bis zu infraroten und Radiowellen geringer Energie.
Die Berechnungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine am 11. April 2017 durch das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) beobachtete Eruption von zwei hellen Materiepunkten im Akkretionsscheibe von Sgr A* stammte, beide zur Erde hin ausgerichtet. Diese leuchtenden Punkte umkreisen das supermassive schwarze Loch, das etwa 4,2 Millionen Mal so massereich ist wie die Sonne, und sind etwa 75 Millionen Kilometer voneinander entfernt, also etwa die Hälfte der Entfernung zwischen Erde und Sonne.
Um diese Eruptionen in 3D aus Beobachtungsdaten zu rekonstruieren, schlug das Team, geleitet von Wissenschaftler Aviad Levis vom California Institute of Technology, eine neue Bildgebungstechnik vor, die als "orbitale Polarisierungstomographie" bezeichnet wird. Diese Methode ist den Computertomographie-Scans oder CT-Scans, die weltweit in Krankenhäusern verwendet werden, ähnlich.
(1) Ein Modell verfolgt die Entwicklung eines anfänglichen Emissionsvolumens über die Zeit.
(2) Ray tracing: Berechnung der Lichtbahn mit den Gravitationsgesetzen rund um das schwarze Loch, um Bilder zu erstellen.
(3) Die Bilder werden kombiniert, um eine einzelne Lichtmessung zu erhalten, die anschließend mit den tatsächlichen Beobachtungen verglichen wird.
(4) Computerdarstellung des beobachteten Volumens.
Aviad Levis erklärte, dass die kompakte Region um das galaktische Zentrum ein extremer Ort sei, an dem heißes, magnetisiertes Gas ein supermassives schwarzes Loch mit relativistischen Geschwindigkeiten umkreist. Diese einzigartige Umgebung fördert hochenergetische Ausbrüche, die Beobachtungssignaturen in den Wellenlängen X, Infrarot und Radio hinterlassen.
Indem sie sich auf die Physik stützten, die aus Albert Einsteins Gravitationstheorie von 1915, der allgemeinen Relativitätstheorie, abgeleitet wurde, und dann diese Konzepte auf ein neuronales Netzwerk anwendeten, das supermassive schwarze Löcher umgibt, konnten sie eine KI-Modellierung von Sgr A* erstellen.
Dieser Ansatz, der die Synergie zwischen Physik und KI nutzt, öffnet die Tür zu neuen Fragen, deren Antworten unser Verständnis von schwarzen Löchern und dem Universum weiter vorantreiben werden.
Quelle: Nature Astronomy