美國加州理工學(xué)院天文學(xué)家正在給黑洞做“計(jì)算機(jī)斷層掃描”（CT）。他們利用一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及相當(dāng)于CT掃描的三維（3D）技術(shù)，首次重建了銀河系中心超大質(zhì)量黑洞人馬座A*附近的高能爆發(fā)事件圖。研究結(jié)果發(fā)表于22日的《自然·天文學(xué)》，更清晰地呈現(xiàn)了黑洞周圍的耀斑是如何形成的。
超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬顯示，以吸積盤結(jié)構(gòu)繞黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)會(huì)在名為耀斑的高能事件中周期性噴發(fā)。這類事件可在X射線、紅外線和無線電波中觀察到。不過，從觀測(cè)數(shù)據(jù)中重建這些耀斑的3D結(jié)構(gòu)一直非常困難。
人馬座A*是位于銀河系中心一個(gè)極度明亮且復(fù)雜的射電波源，也是離地球最近的超大質(zhì)量黑洞，被認(rèn)為是研究黑洞物理學(xué)的最佳目標(biāo)。2022年，多國科研人員合作項(xiàng)目發(fā)布的“開創(chuàng)性成果”——人類獲得的首張黑洞照片，拍攝對(duì)象就是人馬座A*。近年來，科學(xué)家一直在追蹤人馬座A*的高能爆發(fā)事件。
研究團(tuán)隊(duì)此次提出了一種新的成像技術(shù)，與醫(yī)學(xué)CT中使用的技術(shù)類似，他們將其命名為“軌道偏振層析成像”。
基于這一新技術(shù)，團(tuán)隊(duì)再利用阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）在2017年4月11日的觀測(cè)結(jié)果，研究了無線電波長的耀斑的3D外觀。用這個(gè)數(shù)據(jù)集重建3D圖像，會(huì)因?yàn)榫嚯x和亮度變化顆粒細(xì)節(jié)而存在困難，因而研究團(tuán)隊(duì)用一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新計(jì)算機(jī)技術(shù)，并利用黑洞的預(yù)測(cè)物理性質(zhì)和電磁輻射過程對(duì)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行約束。
最后得到的圖像顯示，耀斑可能源于吸積盤上的兩個(gè)亮斑，吸積盤幾乎是正對(duì)地球。這些亮斑繞黑洞順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)軌道半徑為地日距離的一半（約7500萬千米）。重建后的耀斑結(jié)構(gòu)與之前的計(jì)算機(jī)模擬類似，驗(yàn)證了人們對(duì)黑洞周圍極端環(huán)境的大致理解。
【總編輯圈點(diǎn)】
天文學(xué)家相信，不僅僅是銀河系，幾乎每個(gè)星系中央都存在著一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，它們像是星系的發(fā)動(dòng)機(jī)。黑洞也是神秘的，它吞噬落入其“捕獲范圍”的一切物質(zhì)和光線，正如其名字一樣難以探知。好在，即將落入黑洞的物質(zhì)會(huì)在黑洞周圍形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)吸積盤，這個(gè)不時(shí)發(fā)亮的結(jié)構(gòu)，是我們觀察黑洞的窗口。半個(gè)世紀(jì)前，我們對(duì)其僅能做理論推理，今天，我們有黑洞的“照片”，還有“X光片”和“引力波圖”。隨著手段升級(jí)，黑洞的秘密將一步步揭開。（記者張夢(mèng)然）