AI 도움 받은 첫 블랙홀 이미지, 훨씬 선명해졌다

2019년 사건의 지평선 망원경(EHT) 연구진이 촬영한 M87 초대질량 블랙홀(왼쪽). 동일한 데이터 세트를 사용한 기계학습 기술인 프리모(PRIMO) 알고리즘으로 보완해 생성한 새 이미지(오른쪽) /Medeiros et al. 2023

4년전 공개된 첫 블랙홀 이미지를 인공지능(AI) 기술로 한층 선명하게 개선한 새 이미지가 공개됐다.

프린스턴 고등연구소와 애리조나대, 조지아공대 등 미국 연구진이 13일(현지 시각) 처녀자리 은하(M87) 중심에 있는 블랙홀의 한층 선명한 모습을 담고 있는 새 이미지를 국제학술지 천체물리학저널레터에 공개했다.

블랙홀은 사물을 끌어당기는 힘인 중력이 엄청나게 강해 모든 물질을 빨아들이는 천체다. 한국천문연구원 등 전 세계 연구 기관 20여곳이 참여한 사건 지평선 망원경(EHT) 국제공동연구진은 지난 2019년 빛조차 빠져 나오지 못하는 블랙홀의 실제 모습을 처음으로 발표했다.

당시 공개된 블랙홀의 첫 이미지는 5300만 광년 떨어진 M87 은하 중심에 있는 거대한 블랙홀을 담고 있다. 사진은 블랙홀 자체가 아니라 강력한 중력에 의해 휘어진 빛이 만든 블랙홀의 그림자였다.

소용돌이치는 빛과 가스를 보여주는 이미지는 전세계에 걸쳐 구축한 전파망원경 네트워크인 EHT로 포착한 데이터를 활용해 제작됐다. 불타는 도넛 형태를 띠고 있지만 해상도가 떨어져 다소 흐릿하게 보였다.

새로 공개된 이미지는 블랙홀이 기존 형태를 유지하면서도 한층 더 얇은 고리 모양과 선명한 해상도로 표현됐다. EHT 망원경에서 포착한 데이터 가운데 누락된 정보는 AI 기계학습 기술인 프리모(PRIMO·주성분간섭계 모델링)를 통해 채우는 방식을 활용했다.

프리모는 전세계 EHT 연구진이 공동 개발했다. 세계 7개 지역에 설치된 전파망원경이 포착하지 못한 누락된 관측 정보를 보완해 마치 지구 크기의 거대한 단일 전파 망원경이 포착한 것처럼 보여주는 방법을 제공한다.

기존 관측 자료를 학습한 뒤 아직 관측하지 못한 이미지 패턴을 찾아내는 원리다. 연구진은 블랙홀에 가스가 축적되는 3만건 이상의 시뮬레이션 이미지 자료를 학습하게 하는 방식으로 실제 이미지에서 누락한 부분을 보완하는 방식으로 더 선명한 블랙홀 이미지를 얻었다.

실제로 공개된 이미지는 원본과 비슷해 보이지만 ‘도넛’에 해당하는 고리 모양이 2분의 1로 가늘어졌고 중앙의 블랙홀 영역이 훨씬 더 어두운 모습을 담고 있다. 연구진은 “더 자세한 이미지는 블랙홀의 활동을 이해하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.

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