Pozorny ruch nadświetlny w dżecie blazara 3C 345. Trzy dekady danych radiowych połączone przez sztuczną inteligencję

Dżety relatywistyczne wyrzucane z okolic supermasywnych czarnych dziur od dziesięcioleci rzucają wyzwanie modelom magnetohydrodynamicznym. W najnowszej pracy opublikowanej w periodyku Nature międzynarodowy zespół astrofizyków zaprezentował bezprecedensowej jakości sekwencję wideo ukazującą ewolucję strugi plazmy w galaktyce aktywnej 3C 345. Zastosowanie zaawansowanych sieci neuronowych nie tylko pozwoliło osiągnąć rekordową rozdzielczość, ale również podważyło dominującą hipotezę tłumaczącą powstawanie najjaśniejszych struktur w relatywistycznym strumieniu.
Pozorny ruch nadświetlny w dżecie blazara 3C 345. Trzy dekady danych radiowych połączone przez sztuczną inteligencję

Dotychczasowe modele zakładały, że jasne węzły obserwowane w dżetach to czoła fal uderzeniowych (shock fronts), które powinny przemieszczać się ze znacznie wyższą prędkością niż otaczający je strumień materii. Analiza trajektorii w galaktyce 3C 345 całkowicie temu zaprzecza. Pomiary wykazały, że podczas gdy tło gazowe wykazuje pozorną prędkość rzędu 9–12 prędkości światła (c), najjaśniejsze skupiska poruszają się zaledwie niewiele szybciej: 10–13 c. Co więcej, brak korelacji między jasnymi strukturami a pikami polaryzacji frakcyjnej dodatkowo wyklucza interpretację wstrząsową, sugerując znacznie bardziej złożoną i niejednorodną dynamikę przepływu magnetoplazmy.

Sam pozorny ruch nadświetlny (superluminal motion) jest znanym efektem projekcji geometrycznej w czasoprzestrzeni. W przypadku blazarów – czyli galaktyk z aktywnym jądrem (AGN), których dżet skierowany jest niemal wprost w stronę obserwatora na Ziemi – cząstki poruszające się z prędkościami bliskimi c emitują fotony, niemal doganiając własne promieniowanie. Rzutowanie trójwymiarowego wektora prędkości na dwuwymiarową sferę niebieską wywołuje wówczas iluzję optyczną wielokrotnego przekroczenia prędkości światła.

Przełom w rozdzielczości był możliwy dzięki algorytmowi uczenia maszynowego o nazwie Kine. Narzędzie oparte na głębokich sieciach neuronowych – współtworzone przez badaczy zaangażowanych wcześniej w projekt Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) – dokonało rekonstrukcji czasoprzestrzennej na bazie 116 interferometrycznych obrazów radiowych zebranych w latach 1995–2022. Zamiast statycznej, klatkowej obróbki, algorytm wymodelował ciągłą kinematykę plazmy, zapewniając czterokrotnie wyższą rozdzielczość i aż 140-krotny wzrost kontrastu w porównaniu z klasycznymi technikami redukcji danych z interferometrii wielkobazowej (VLBI).

Obiektem badań był blazar 3C 345, którego centralna czarna dziura – potencjalnie tworząca układ podwójny z drugim, mniejszym obiektem zwartym – wykazuje silną zmienność kąta precesji dżetu. Sukces algorytmu Kine w śledzeniu tak dynamicznych struktur otwiera nową ścieżkę w radioastronomii: ta sama architektura obliczeniowa ma posłużyć w niedalekiej przyszłości do stworzenia pierwszego w historii filmu ukazującego bezpośrednie otoczenie horyzontu zdarzeń czarnej dziury.

Napisane przez

Monika Wojciechowska

Redaktor
Najbliższe są mi tematy związane z technologią, gadżetami, nowoczesnym AGD i motoryzacją. Interesują mnie rozwiązania, które nie tylko dobrze wyglądają na papierze, ale przede wszystkim realnie wpływają na komfort, wygodę i sposób, w jaki korzystamy z technologii na co dzień. Ukończyłam studia dziennikarskie oraz szkolenia z zakresu sztucznej inteligencji. Prywatnie uwielbiam gry i muzykę.