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Aprendizado de máquina melhora a imagem do buraco negro M87

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Aprendizado de máquina melhora a imagem do buraco negro M87

Nova imagem do buraco negro supermassivo M87 gerada pelo algoritmo PRIMO usando dados do EHT de 2017. Crédito: Medeiros et al. 2023

O aprendizado de máquina reconstrói uma nova imagem a partir dos dados do EHT.

foto do M87[{” attribute=””>black hole has been enhanced using a machine learning technique called PRIMO, providing a more accurate representation and allowing for improved determinations of its mass and physical parameters.

The iconic image of the supermassive black hole at the center of M87—sometimes referred to as the “fuzzy, orange donut”—has gotten its first official makeover with the help of machine learning. The new image further exposes a central region that is larger and darker, surrounded by the bright accreting gas shaped like a “skinny donut.” The team used the data obtained by the Event Horizon Telescope (EHT) collaboration in 2017 and achieved, for the first time, the full resolution of the array.

In 2017, the EHT collaboration used a network of seven pre-existing telescopes around the world to gather data on M87, creating an “Earth-sized telescope.” However, since it is infeasible to cover the Earth’s entire surface with telescopes, gaps arise in the data—like missing pieces in a jigsaw puzzle.

M87 Black Hole Comparison

M87 supermassive black hole originally imaged by the EHT collaboration in 2019 (left); and new image generated by the PRIMO algorithm using the same data set (right). Credit: Medeiros et al. 2023

“With our new machine learning technique, PRIMO, we were able to achieve the maximum resolution of the current array,” says lead author Lia Medeiros of the Institute for Advanced Study. “Since we cannot study black holes up close, the detail of an image plays a critical role in our ability to understand its behavior. The width of the ring in the image is now smaller by about a factor of two, which will be a powerful constraint for our theoretical models and tests of gravity.”

PRIMO, which stands for principal-component interferometric modeling, was developed by EHT members Lia Medeiros (Institute for Advanced Study), Dimitrios Psaltis (Georgia Tech), Tod Lauer (NOIRLab), and Feryal Özel (Georgia Tech). Their publication, “The Image of the M87 Black Hole Reconstructed with PRIMO,” was published today (April 13) in The Astrophysical Journal Letters.

“PRIMO is a new approach to the difficult task of constructing images from EHT observations,” said Lauer. “It provides a way to compensate for the missing information about the object being observed, which is required to generate the image that would have been seen using a single gigantic radio telescope the size of the Earth.”

Animated M87 Black Hole Comparison

Animation fades from M87 black hole image, first produced by the EHT collaboration in 2019, to the new image generated by the PRIMO algorithm using the same data set. Credit: Medeiros et al. 2023

PRIMO relies on dictionary learning, a branch of machine learning which enables computers to generate rules based on large sets of training material. For example, if a computer is fed a series of different banana images—with sufficient training—it may be able to determine if an unknown image is or is not a banana. Beyond this simple case, the versatility of machine learning has been demonstrated in numerous ways: from creating Renaissance-style works of art to completing the unfinished work of Beethoven. So how might machines help scientists to render a black hole image? The research team has answered this very question.

With PRIMO, computers analyzed over 30,000 high-fidelity simulated images of black holes accreting gas. The ensemble of simulations covered a wide range of models for how the black hole accretes matter, looking for common patterns in the structure of the images. The various patterns of structure were sorted by how commonly they occurred in the simulations, and were then blended to provide a highly accurate representation of the EHT observations, simultaneously providing a high fidelity estimate of the missing structure of the images. A paper pertaining to the algorithm itself was published in The Astrophysical Journal on February 3, 2023.

“We are using physics to fill in regions of missing data in a way that has never been done before by using machine learning,” added Medeiros. “This could have important implications for interferometry, which plays a role in fields from exo-planets to medicine.”


Visão geral das simulações geradas para o conjunto de treinamento do algoritmo PRIMO. Crédito: Medeiros et al. 2023

A equipe confirmou que a imagem recém-fornecida é consistente com os dados do EHT e com as previsões teóricas, incluindo o anel brilhante de emissões que se espera resultar da queda de gás quente no buraco negro. Criar uma imagem requer assumir a forma adequada das informações que faltam, e o PRIMO fez isso com base na descoberta de 2019 de que o buraco negro M87 em grande detalhe parecia exatamente como previsto.

“Quase quatro anos depois de revelar a primeira imagem em escala horizontal de um buraco negro pelo EHT em 2019, estabelecemos outro marco, produzindo uma imagem que usa a resolução total da matriz pela primeira vez”, afirmou Psaltis. “As novas técnicas de aprendizado de máquina que desenvolvemos fornecem uma oportunidade de ouro para nosso trabalho coletivo para entender a física dos buracos negros.”

A nova imagem deve levar a determinações mais precisas da massa do buraco negro M87 e dos parâmetros físicos que determinam sua aparência atual. Os dados também oferecem uma oportunidade para os pesquisadores colocarem maiores restrições nas alternativas do horizonte de eventos (com base no brilho central escuro mais baixo) e realizarem testes de gravidade mais robustos (com base no tamanho do anel mais estreito). O PRIMO também pode ser aplicado a observações adicionais do EHT, incluindo as de Sgr A*, o buraco negro central da nossa região.[{” attribute=””>Milky Way galaxy.

M87 is a massive, relatively nearby, galaxy in the Virgo cluster of galaxies. Over a century ago, a mysterious jet of hot plasma was observed to emanate from its center. Beginning in the 1950s, the then new technique of radio astronomy showed the galaxy to have a compact bright radio source at its center. During the 1960s, M87 had been suspected to have a massive black hole at its center powering this activity. Measurements made from ground-based telescopes starting in the 1970s, and later the Hubble Space Telescope starting in the 1990s, provided strong support that M87 indeed harbored a black hole weighing several billion times the mass of the Sun based on observations of the high velocities of stars and gas orbiting its center. The 2017 EHT observations of M87 were obtained over several days from several different radio telescopes linked together at the same time to obtain the highest possible resolution. The now iconic “orange donut” picture of the M87 black hole, released in 2019, reflected the first attempt to produce an image from these observations.

“The 2019 image was just the beginning,” stated Medeiros. “If a picture is worth a thousand words, the data underlying that image have many more stories to tell. PRIMO will continue to be a critical tool in extracting such insights.”

Reference: “The Image of the M87 Black Hole Reconstructed with PRIMO” by Lia Medeiros, Dimitrios Psaltis, Tod R. Lauer and Feryal Özel3, 13 April 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/acc32d

Development of the PRIMO algorithm was enabled through the support of the National Science Foundation Astronomy and Astrophysics Postdoctoral Fellowship.

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Bola de fogo verde brilhante ilumina os céus de Portugal e Espanha (fotos)

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Bola de fogo verde brilhante ilumina os céus de Portugal e Espanha (fotos)

A Internet está repleta de imagens de um meteoro que atravessa o céu noturno de Portugal e Espanha, iluminando o céu como uma bola de fogo azul esverdeada.

O meteorito foi confirmado por Agência Espacial Europeia (ESA), que capturou a bola de fogo com suas câmeras em Cáceres, Espanha, às 18h46 EDT (22h46 UTC) de sábado (18 de maio). A Agência Espacial Europeia confirmou que a bola de fogo era um pedaço de um cometa que passou por cima de Espanha e Portugal, viajando a cerca de 160.000 quilómetros por hora, ou cerca de 65 vezes mais rápido que a velocidade máxima de um caça a jato Lockheed Martin F-16. A Agência Espacial Europeia acrescentou que o meteorito provavelmente queimou no Oceano Atlântico, a uma altitude de cerca de 60 quilômetros acima da Terra.

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O sobrevôo da NASA na Europa sugere que “algo” se move sob o gelo

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O sobrevôo da NASA na Europa sugere que “algo” se move sob o gelo

Marcos na superfície de Europa indicam que a crosta gelada está à mercê das águas abaixo. Mais importante ainda, a recente visita de Juno revelou o que pode ser atividade de plumas, que, se real, permitiria que futuras missões coletassem amostras do oceano interior sem ter que pousar.

Já passaram quase dois anos desde que Juno fez a sua maior aproximação a Europa, mas as suas observações ainda estão a ser analisadas. Surpreendentemente, apesar de estar em órbita de Júpiter desde 2016, cinco imagens tiradas por Juno em 29 de setembro de 2022 foram os primeiros close-ups de Europa desde a última visita da sonda Galileo em 2000.

Isto representa, sem dúvida, uma negligência chocante de um dos mundos mais interessantes do sistema solar, mas também pode ter fornecido uma longa base para descobrir o que mudou.

Europa é o corpo mais liso do sistema solar, graças ao constante ressurgimento impulsionado pelo seu oceano interior. No entanto, está longe de ser inexpressivo, e Juno observou algumas depressões íngremes de 20 a 50 km (12 a 31 milhas) de largura e padrões de fratura que se acredita indicarem “Passo a passo polar real“.

“A verdadeira peregrinação polar ocorreria se a crosta gelada de Europa se separasse do seu interior rochoso, resultando em elevados níveis de tensão na crosta, levando a padrões de fractura previsíveis”, disse num estudo o Dr. Candy Hansen, do Instituto de Ciência Planetária. declaração.

A ideia por trás da verdadeira peregrinação polar é que a crosta que fica acima do oceano interior de Europa gira a uma velocidade diferente da do resto da lua. Acredita-se que a água abaixo está se movendo, puxando a concha consigo, já que as correntes dentro do oceano afetam os movimentos da concha. Estas correntes, por sua vez, são presumivelmente impulsionadas pelo aquecimento no interior do núcleo rochoso de Europa, onde a atração gravitacional de Júpiter e das suas luas maiores transforma Europa numa gigantesca bola de pressão.

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No processo, as interações entre o oceano e o gelo podem esticar e comprimir áreas, criando as fissuras e cristas vistas desde a visita da Voyager 2.

Hansen faz parte de uma equipe que explora imagens Juno do hemisfério sul da Europa. “Esta é a primeira vez que tais padrões de fendas foram mapeados no Hemisfério Sul, sugerindo que o impacto da verdadeira peregrinação polar na geologia da superfície de Europa é mais extenso do que o anteriormente identificado”, disse o cientista.

Nem todas as alterações nos mapas da Europa são o resultado de correntes oceânicas internas. A NASA parece estar caindo na armadilha das ilusões de ótica. “A cratera Gwern não existe mais”, disse Hansen. “O que anteriormente se pensava ser uma cratera de impacto com 21 quilómetros de largura – uma das poucas crateras de impacto documentadas na Europa – Gwern, foi revelada nos dados da JunoCam como um conjunto de cristas que se cruzam que criaram uma sombra oval.”

No entanto, Juno dá mais do que recebe. A equipe está entusiasmada com algo que eles chamam de ornitorrinco por causa de seu formato, não porque tenha um monte de recursos que não deveriam combinar. As formações de cristas na sua borda parecem estar em colapso, e a equipe acredita que este processo pode ser causado por bolsas de água salgada que penetraram parcialmente na crosta de gelo.

Esta feição, batizada por cientistas planetários que aparentemente nunca viram um ornitorrinco verdadeiro, é contornada em amarelo, com uma área de colinas em azul.

Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/SwRI

Tais bolsas seriam alvos indiretos interessantes para estudo pelo Europa Clipper, mas mais interessantes são as manchas escuras que podem ter sido depositadas pela atividade criovulcânica.

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“Estas características indicam atividade superficial atual e a presença de água líquida abaixo da superfície de Europa”, disse Heidi Becker do Laboratório de Propulsão a Jato. Tal atividade foi confirmada nas fontes termais de Encélado, mas há evidências conflitantes sobre se ela está ocorrendo atualmente na Europa.

Tal atividade tornaria possível coletar amostras do oceano interior em busca de sinais de vida, simplesmente voando através de uma pluma e coletando alguns flocos de gelo, sem ter que pousar, muito menos cavar.

Atualmente, a oscilação polar pode causar ajustes muito modestos na localização das formações na superfície de Europa, mas há evidências de uma mudança de mais de 70 graus há milhões de anos, por razões desconhecidas.

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O condado de Los Angeles relatou um caso de hepatite A em um Beverly Hills Whole Foods

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O condado de Los Angeles relatou um caso de hepatite A em um Beverly Hills Whole Foods

Autoridades de saúde pública do condado de Los Angeles estão investigando um caso relatado de hepatite A em um funcionário de um supermercado Whole Foods em Beverly Hills.

Autoridades de saúde alertaram que qualquer pessoa que comprasse produtos na loja de frutos do mar do mercado em 239 North Crescent Dr. Entre 20 de abril e 13 de maio, ele tomará a vacina contra hepatite A, caso ainda não esteja imune.

“Receber a vacinação o mais rápido possível após a exposição pode ajudar a reduzir o risco de infecção por hepatite A”, disse o Departamento de Saúde Pública do Condado de Los Angeles. “Os residentes devem entrar em contato com a farmácia local ou médico para obter a vacina.”

A hepatite A é uma infecção hepática altamente contagiosa que pode variar desde uma doença leve que dura algumas semanas até uma doença grave que dura vários meses, de acordo com informações fornecidas pelo departamento de saúde.

A infecção geralmente se espalha quando uma pessoa ingere inadvertidamente o vírus de objetos, alimentos ou bebidas contaminados com pequenas quantidades não detectadas de fezes de uma pessoa infectada.

O Departamento de Saúde está trabalhando com a Whole Foods para garantir que os funcionários que não têm imunidade à hepatite A sejam encaminhados para vacinação. Nenhum caso adicional de hepatite A foi relatado até sábado e a investigação continua em andamento.

Autoridades de Los Angeles disseram no início desta semana que era hepatite A espalhado por toda a cidade'População deslocada. As pessoas que vivem em situação de sem-abrigo tendem a ser mais vulneráveis ​​porque têm acesso limitado a instalações para lavar as mãos e a casas de banho.

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No comunicado, o escritório de comunicações corporativas da Whole Foods disse: “O membro da equipe que foi diagnosticado não está trabalhando e não temos conhecimento de mais ninguém adoecendo”.

A empresa acrescentou: “Embora tenhamos procedimentos rígidos de segurança alimentar em nossas lojas, incentivamos qualquer pessoa que acredite ter sido exposta ao vírus a seguir as diretrizes do Ministério da Saúde”.

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