美國加州理工學院天文學家正在給黑洞做“計算機斷層掃描”（CT）。他們利用一種神經(jīng)網(wǎng)絡以及相當于CT掃描的三維（3D）技術，首次重建了銀河系中心超大質量黑洞人馬座A*附近的高能爆發(fā)事件圖。研究結果發(fā)表于22日的《自然·天文學》，更清晰地呈現(xiàn)了黑洞周圍的耀斑是如何形成的。
超級計算機模擬顯示，以吸積盤結構繞黑洞旋轉的物質會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，從觀測數(shù)據(jù)中重建這些耀斑的3D結構一直非常困難。
人馬座A*是位于銀河系中心一個極度明亮且復雜的射電波源，也是離地球最近的超大質量黑洞，被認為是研究黑洞物理學的最佳目標。2022年，多國科研人員合作項目發(fā)布的“開創(chuàng)性成果”——人類獲得的首張黑洞照片，拍攝對象就是人馬座A*。近年來，科學家一直在追蹤人馬座A*的高能爆發(fā)事件。
研究團隊此次提出了一種新的成像技術，與醫(yī)學CT中使用的技術類似，他們將其命名為“軌道偏振層析成像”。
基于這一新技術，團隊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日的觀測結果，研究了無線電波長的耀斑的3D外觀。用這個數(shù)據(jù)集重建3D圖像，會因為距離和亮度變化顆粒細節(jié)而存在困難，因而研究團隊用一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡的新計算機技術，并利用黑洞的預測物理性質和電磁輻射過程對該神經(jīng)網(wǎng)絡進行約束。
最后得到的圖像顯示，耀斑可能源于吸積盤上的兩個亮斑，吸積盤幾乎是正對地球。這些亮斑繞黑洞順時針旋轉，其旋轉軌道半徑為地日距離的一半（約7500萬千米）。重建后的耀斑結構與之前的計算機模擬類似，驗證了人們對黑洞周圍極端環(huán)境的大致理解。
【總編輯圈點】
天文學家相信，不僅僅是銀河系，幾乎每個星系中央都存在著一個超大質量黑洞，它們像是星系的發(fā)動機。黑洞也是神秘的，它吞噬落入其“捕獲范圍”的一切物質和光線，正如其名字一樣難以探知。好在，即將落入黑洞的物質會在黑洞周圍形成一個旋轉吸積盤，這個不時發(fā)亮的結構，是我們觀察黑洞的窗口。半個世紀前，我們對其僅能做理論推理，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，黑洞的秘密將一步步揭開。（記者張夢然）