Künstliche Intelligenz schärft Foto von Schwarzem Loch nach

Im Jahre 2019 gelang Astronom*innen eine Sensation. Sie konnten erstmals ein Schwarzes Loch fotografieren. Das Bild zeigt das Zentrum der Galaxie M87, mit seinen Lichtringen und dem Schwarzen Loch im Zentrum. Dieses Bild konnte ein Team von Wissenschaftler*innen nun mithilfe von künstlicher Intelligenz überarbeiten. 

Das Programm PRIMO hat das Bild nachgeschärft. Im Ergebnis wurde der rötliche Lichtring, der dem Schwarzen Loch seine "Donut"-Form gibt, deutlich schmaler. Dafür wurde die KI mit allen Daten gefüttert, die das Event Horizon Teleskop 2017 gesammelt hatte. Damals wurde ein Netzwerk aus 7 Teleskopen auf der ganzen Welt genutzt. 

Auch wenn die 7 Observatorien zu einem riesigen Teleskop kombiniert werden, bleiben die Daten lückenhaft. Hier kommt nun PRIMO zum Einsatz. "Es gibt uns eine Möglichkeit, die fehlenden Informationen über ein Objekt zu kompensieren", sagt Tod Lauder, Mit-Autor der Studie, in einem Statement. Damit lasse sich ein Bild generieren, wie es ein einziges, gigantisches Radioteleskop von der Größe der gesamten Erde aufnehmen würde. 

Training mit Simulationen

Dafür wurde PRIMO mit mehr als 30.000 simulierten Bildern von Schwarzen Löchern mit einer leuchtenden Akkretionsscheibe aus Gas trainiert. Die Simulationen stellen Theorien und Informationen dar, wie Schwarze Löcher Material anziehen. Die KI identifizierte dann Muster in diesen Simulationen.

"Wir nutzen Physik auf ganz neue Weise, um fehlende Daten mit Machine Learning zu ergänzen", sagt Studienleiterin Lia Medeiros. Das Ergebnis zeigt deutlicher das leuchtende Gas, das sich in einer Scheibe um das Schwarze Loch bewegt. Die Gravitation dieses galaktischen Zentrums ist so stark, dass hier fast Lichtgeschwindigkeit erreicht wird. Dadurch wird das Gas so aufgeheizt, dass es leuchtet.

Zentrum der Milchstraße

Mit der neu entwickelten Methode soll das Bild bei einer genaueren Bestimmung der Masse des Schwarzen Lochs helfen. Auch neue Erkenntnisse zur Anziehungskraft des Schwarzen Lochs könnten so gezogen werden. Als nächstes könnte PRIMO das Foto des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie, Sgr A*, überarbeiten, das 2022 präsentiert wurde. Die Studienergebnisse sind im Fachmagazin The Astrophysical Journal Letters erschienen.