科学家给黑洞做CT,获得3D图像
黑洞本身虽然不会发光,但是并非完全无法观测。
由于黑洞的引力很大,所以会有许多物质聚集在它周围,围绕它旋转,这就是吸积盘。由于旋转速度很高,吸积盘里的物质互相摩擦,会产生高温而发光,这也是黑洞照片的主要拍摄对象。
在研究黑洞吸积盘时,科学家发现,吸积盘里会偶尔发生一些周期性的物质喷发事件,与太阳耀斑类似。
超级计算机模拟显示,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结构一直存在挑战。
研究人员利用类似CT扫描的3D技术重建了银河系中心超大质量黑洞人马座A*(Sagittarius A*)附近的高能爆发事件图。研究结果发表于《自然-天文学》,更清晰地呈现了黑洞周围的亮斑是如何形成的。
Aviad Levis和同事提出了一种新的成像技术,与医学计算机断层扫描(也称CT扫描)中使用的技术类似,他们为其命名为“轨道偏振层析成像”。
形象地理解,就是从不同角度给研究对象拍摄大量照片,然后利用计算机把照片拼合成不同的切片,再把切片堆积起来,形成一幅3D影像。
这种方法在CT中很容易实现,因为医生可以让病人在拍摄X光片时保持静止不动。
但是远处的吸积盘却是一直在不停地运动,所以拍的照片很难识别出互相之间的关联,导致拼合困难。
因此,作者用一种基于神经网络的新计算机技术,这个神经网络受到黑洞的预测物理性质和电磁辐射过程的约束,利用AI来判断照片之间的关系并且进行图像重建。
团队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。
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,验证了我们对黑洞周围极端环境的大致理解。
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