當(dāng)天文學(xué)家在2019年揭示了人類歷史上第一張黑洞的圖像時，他們相信更豐富的圖像和見解正在等待從數(shù)據(jù)中獲取。這張黑洞圖像描繪了一個黑暗的中心區(qū)域，周圍有一個火熱的物質(zhì)光環(huán)向它墜落。模擬預(yù)測，應(yīng)該有一個薄薄的、明亮的光環(huán)，隱藏在彌漫的橙色光暈的強光后面，由黑洞的強引力甩到黑洞背面的光子所產(chǎn)生。

天體物理學(xué)家Avery Broderick帶領(lǐng)一個研究小組，使用復(fù)雜的成像算法，基本上“重塑”了M87星系中心的超大質(zhì)量黑洞的原始圖像。

“這就像我們關(guān)掉探照燈去看螢火蟲，”Broderick說，他是Perimeter理論物理研究所和滑鐵盧大學(xué)的副教員。“我們已經(jīng)能夠做一些深刻的事情–發(fā)現(xiàn)黑洞周圍引力的一個基本特征?！?/p>

共同作者、國立臺灣師范大學(xué)助理教授浦鴻毅說，通過基本上”剝?nèi)?#8221;圖像的元素，”黑洞周圍的環(huán)境就可以清楚地顯示出來”。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，研究小組在事件地平線望遠(yuǎn)鏡（EHT）分析框架THEMIS中使用了一種新的成像算法，從M87黑洞的原始觀測中分離并提取出明顯的環(huán)狀特征。他們還能夠探測到一個從黑洞向外噴射的強大噴流的明顯足跡。

科學(xué)家們的發(fā)現(xiàn)既證實了理論預(yù)測，也為探索這些神秘的天體提供了新的方法，這些天體被認(rèn)為是位于大多數(shù)星系的中心。

長期以來，黑洞被認(rèn)為是不可見的，直到科學(xué)家用事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）–一個橫跨全球的望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)。利用位于四大洲的八個天文臺，所有這些天文臺都指向天空中的同一個點，并以納秒級的時間聯(lián)系在一起；EHT的研究人員在2017年觀察到了兩個黑洞。

EHT合作在2019年首次揭開了M87的超大質(zhì)量黑洞的面紗。然后在2022年，它揭示了位于我們銀河系中心的相對較小但動蕩不安的黑洞，稱為人馬座A*（或Sgr A*）。超大質(zhì)量黑洞占據(jù)了大多數(shù)星系的中心，在一個狹小的空間里容納了非同尋常的質(zhì)量和能量。例如，M87黑洞的質(zhì)量是地球的2萬億倍。

盡管科學(xué)家們在2019年公布的M87圖像是一個里程碑，但科學(xué)家們認(rèn)為他們可以通過更聰明的工作來銳化圖像并獲得新的洞察力。他們應(yīng)用新的軟件技術(shù)來重建2017年的原始數(shù)據(jù)，尋找理論和模型預(yù)測的潛伏在表面下的現(xiàn)象。新產(chǎn)生的圖像描繪了光子環(huán)，由一系列越來越尖銳的子環(huán)組成，然后團隊將這些子環(huán)堆疊起來以獲得完整的圖像。

“我們采取的方法包括利用我們對這些黑洞外觀的理論理解，為EHT數(shù)據(jù)建立一個定制的模型，”哈佛-史密森天體物理學(xué)中心的團隊成員 Dominic Pesce說?！斑@個模型將重建的圖像分解成我們最關(guān)心的兩塊，因此我們可以單獨研究這兩塊，而不是混合在一起?！?/p>

這一結(jié)果是可能的，因為EHT是一個“核心是計算的儀器”，Broderick說，他在Perimeter研究所擔(dān)任Delaney Family John Archibald Wheeler主席。“它對算法的依賴程度不亞于對鋼鐵的依賴程度。先進的算法發(fā)展使我們能夠探測圖像的關(guān)鍵特征，同時以EHT的原始分辨率呈現(xiàn)其余部分。”