终极版听声辨物:黑洞成像就像听一架破钢琴?

total 阅读:8 2019-05-22 15:57:34 评论:0

自从天文学家公布了黑洞首张照片后,另一幅照片又吸引了全世界的目光。这幅照片的主人公是29岁的美国女计算机学家卡蒂•布曼博士。在获取黑洞首照过程中,布曼扮演了重要角色。分享黑洞成像的经验时,布曼表示感觉就像在听一架破钢琴。不过,只要正常工作的琴键足够多,大脑仍能辨别出弹奏的是什么歌曲。

  • 29岁的美国计算机学家卡蒂·布曼,在首次对黑洞进行成像过程中扮演了重要角色

美国女计算机学家卡蒂•布曼现年29岁,是事件视界望远镜成像小组的一名博士后研究员。她率领的团队研发了一种名为“利用补丁先验进行连续高分辨率图像重建”(CHIRP)的算法,用于对黑洞进行成像。在分享黑洞成像的经验时,布曼说:“就像听一架破钢琴。”公布的图像展示了M87星系中央的黑洞。M87是一个大质量星系,座落于室女座星系团。这个黑洞距地球5500万光年,质量相当于65亿个太阳。

  • 科学家借助事件视界望远镜拍摄的黑洞首照。这个黑洞潜伏在M87星系中央,质量是太阳的65亿倍。由于巨大的引力,M87星系周围的光线发生扭曲,形成明亮的环。这幅备受期待的照片提供了最为强有力的证据,证明超大质量黑洞的存在。此外,它也打开了黑洞、事件视界及黑洞引力研究的一个新窗口

布曼表示:“由于M87距地球5500万光年,在夜空中呈现为极其微小的环,个头大概只有40微角秒,相当于从地球上看到的月表上一个橙子的大小。为了获得清晰的图像,我们需要一架口径可覆盖整个地球的望远镜。很显然,我们无法做到这一点。”

近十年时间里,事件视界望远镜项目组一直专注于一项特殊任务。他们打造了地球大小的虚拟望远镜,将世界各地的望远镜获取的信号整合在一起。不过,事件视界望远镜项目的望远镜数量有限同时只能捕获某些频率的信号。因此,所获信息中存在巨大缺口。

  • 美国宇航局钱德拉望远镜和NuSTAR卫星的观测结果表明,M87中央黑洞喷射速度接近光速的高能粒子流。喷流在太空中延伸1000光年。宇航局的观测数据被用于测算M87中央黑洞喷流的X射线亮度

布曼指出:“形象地说,事件视界望远镜的测量数据就像是一个歌曲的音符,每个测量数据对应一个音符的音调。利用事件视界望远镜观测黑洞就像在听一架半数琴键坏掉的破钢琴演奏的歌曲。”她说:“事件视界望远镜的观测方式导致所获数据中存在很多缺口。我们有无限可能性,用与数据相一致的信息填补这些缺口。在听一架破钢琴演奏的歌曲时,只要正常工作的琴键足够多,你的大脑仍能辨别出弹奏的是什么歌曲。因此,我们可以设计出相关算法,填补事件视界望远镜所获信息中的缺口,进而获取黑洞影像。”

  • 围绕黑洞的特性,很多谜团有待科学家揭开。例如,虽然被称之为无法逃脱的天体,一些黑洞为何向外喷射物质。最新观测发现有望解答长久以来存在的一系列疑问

事件视界望远镜进行首批观测时,选择的波长为1.3毫米。事件视界望远镜的每架望远镜产生大量数据,每天可生成大约350TB数据,存储到高性能的氦气硬盘。世界各地的4个事件视界望远镜项目团队对最终结果进行独立验证,以避免集体人为偏误。

布曼指出:“我们生成的4幅图像略有差异,但都含有相同的基本结构。第一次看到这些图像时,我感到很震惊。这是我有生以来最幸福的记忆之一。最终图像结合了这4幅图像,所有图像利用相关算法进行微调,以消除个人偏好。”

  • 银河系中央潜伏着一个超大质量黑洞

布曼称:“最初参与事件视界望远镜项目时,我还是麻省理工学院的一名研究生,钻研计算机视觉。我发现黑洞成像与根据核磁共振扫描所获有限数据对大脑进行成像惊人相似。虽然这个项目并非我的核心研究领域,我也没有天体物理学背景,更不用说黑洞研究,但我希望能够凭借自身的努力做出贡献。”

在美国国会作证时,这位哈佛-史密森尼天体物理学研究中心的博士后研究员建议,将事件视界望远镜项目研发的技术用于医学成像、地震预测和自驾驶汽车等领域,以造福人类。

博科园|文:埃米特·马勒瓦尔

转自:漫步宇宙/qqtaikong

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