Inteligência Artificial gera vídeo de jato de buraco negro com base em 30 anos de dados

Astrônomos criam vídeo de alta resolução de jato de buraco negro supermassivo.

Astrônomos alcançaram um marco significativo ao produzir o vídeo de maior resolução já registrado de um jato emanado por um buraco negro supermassivo. Este avanço foi possível após quase três décadas de coleta de dados e a aplicação de um novo modelo de aprendizado de máquina, que permitiu a reconstrução do movimento do material e o aprimoramento das imagens.

O jato observado está localizado no centro da galáxia 3C 345, classificada como um blazar. Esse tipo de galáxia é caracterizado por um núcleo extremamente ativo, que libera um jato poderoso de material, incluindo gás e plasma, a velocidades próximas à da luz.

A origem deste jato é um buraco negro supermassivo, que pode estar orbitado por outro buraco negro. O comportamento variável do jato tem intrigado os astrônomos por décadas, gerando um interesse contínuo por suas características e dinâmicas.

Para a elaboração do vídeo, os cientistas utilizaram 116 imagens coletadas entre 1995 e 2022. Essas imagens foram combinadas utilizando o Kine, um algoritmo de aprendizado de máquina baseado em redes neurais, que se mostrou eficaz para aprimorar observações desse tipo.

Além disso, alguns membros da equipe participaram do projeto Event Horizon Telescope, que produziu a primeira imagem de um buraco negro supermassivo. O vídeo resultante apresenta três perspectivas distintas dos jatos: a intensidade total, a polarização — que indica o campo magnético — e o fluxo óptico, representando a velocidade projetada.

Um jato que parece superar a velocidade da luz

• A alta resolução das imagens permitiu um estudo detalhado da velocidade do plasma dentro do jato;
• As observações revelaram um fenômeno intrigante: o material expelido aparenta mover-se mais rápido que a luz;
• Entretanto, isso não indica que o jato realmente ultrapasse esse limite; o efeito é fruto da geometria da observação;
• Objetos no espaço são projetados em uma abóbada celeste bidimensional, enquanto se movem em três dimensões. Assim, jatos que se deslocam próximos à velocidade da luz podem parecer viajar várias vezes mais rápido;
• A equipe estimou que a maior parte do gás se move entre nove e 12 vezes a velocidade da luz na velocidade aparente projetada, com as regiões mais brilhantes do jato apresentando velocidades aparentes de dez a 13 vezes essa velocidade.

Os resultados surpreenderam os pesquisadores, que inicialmente esperavam que as regiões mais brilhantes fossem frentes de choque, movendo-se mais rapidamente que o material circundante. Contudo, os dados não corroboraram essa expectativa.

Os autores do estudo afirmam que não encontraram evidências que sustentem a ideia de que os componentes brilhantes em movimento sejam fortemente afetados por choques, como sugerido anteriormente. A falta de correlação entre as estruturas brilhantes e os picos de polarização também enfraqueceu essa interpretação.

Embora a hipótese de frentes de choque não tenha sido completamente descartada, as observações levantaram novas questões sobre a dinâmica desses jatos relativísticos.

IA revela o movimento

Um dos principais avanços do estudo foi a aplicação da rede neural para reconstruir o movimento do jato. Ao invés de analisar as imagens individualmente, o algoritmo possibilitou visualizar o deslocamento do plasma ao longo da estrutura.

Esse método proporcionou uma resolução aproximadamente quatro vezes superior às abordagens convencionais e um contraste 140 vezes maior.

Os pesquisadores acreditam que o algoritmo de aprendizado de máquina poderá ser utilizado em futuras tentativas de produzir vídeos do horizonte de eventos de buracos negros.