本文转自:科技日报

科学家为黑洞做“断层扫描”

利用AI重现其耀斑三维模型

科技日报北京4月22日电 (记者张梦然)美国加州理工学院天文学家正在给黑洞做“计算机断层扫描”(CT)。他们利用一种神经网络以及相当于CT扫描的三维(3D)技术,首次重建了银河系中心超大质量黑洞人马座A*附近的高能爆发事件图。研究结果发表于22日的《自然·天文学》,更清晰地呈现了黑洞周围的耀斑是如何形成的。

超级计算机模拟显示,以吸积盘结构绕黑洞旋转的物质会在名为耀斑的高能事件中周期性喷发。这类事件可在X射线、红外线和无线电波中观察到。不过,从观测数据中重建这些耀斑的3D结构一直非常困难。

人马座A*是位于银河系中心一个极度明亮且复杂的射电波源,也是离地球最近的超大质量黑洞,被认为是研究黑洞物理学的最佳目标。2022年,多国科研人员合作项目发布的“开创性成果”——人类获得的首张黑洞照片,拍摄对象就是人马座A*。近年来,科学家一直在追踪人马座A*的高能爆发事件。

研究团队此次提出了一种新的成像技术,与医学CT中使用的技术类似,他们将其命名为“轨道偏振层析成像”。

基于这一新技术,团队再利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)在2017年4月11日的观测结果,研究了无线电波长的耀斑的3D外观。用这个数据集重建3D图像,会因为距离和亮度变化颗粒细节而存在困难,因而研究团队用一种基于神经网络的新计算机技术,并利用黑洞的预测物理性质和电磁辐射过程对该神经网络进行约束。

最后得到的图像显示,耀斑可能源于吸积盘上的两个亮斑,吸积盘几乎是正对地球。这些亮斑绕黑洞顺时针旋转,其旋转轨道半径为地日距离的一半(约7500万千米)。重建后的耀斑结构与之前的计算机模拟类似,验证了人们对黑洞周围极端环境的大致理解。

【总编辑圈点】

天文学家相信,不仅仅是银河系,几乎每个星系中央都存在着一个超大质量黑洞,它们像是星系的发动机。黑洞也是神秘的,它吞噬落入其“捕获范围”的一切物质和光线,正如其名字一样难以探知。好在,即将落入黑洞的物质会在黑洞周围形成一个旋转吸积盘,这个不时发亮的结构,是我们观察黑洞的窗口。半个世纪前,我们对其仅能做理论推理,今天,我们有黑洞的“照片”,还有“X光片”和“引力波图”。随着手段升级,黑洞的秘密将一步步揭开。

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