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捕捉这个黑洞的图像需要一个地球大小的望远镜

银河系是一个朦胧的,我敢说乳白色的,在夜空中看到的光带。1610年,伽利略用他的望远镜展示了从单个恒星发出的光。1920年,科学家们首次提出,银河系并不包含宇宙中所有的恒星,而只是众多星系中的一个。时间快进到上周,由于科学技术的进步和支持事件视界望远镜(EHT)的全球研究人员的合作,人类第一次看到了银河系中心的黑洞。金宝app

根据Phys.org周四,一个由天文学家组成的国际团队让我们第一次看到了银河系中心的超大质量黑洞。它被称为人马座A*,是一种吸光吸重力的怪物,距离地球约2.6万光年,质量相当于400万个太阳。”

这是人马座A*的第一张照片,这个位于银河系中心的黑洞。图片来源:视界望远镜

根据过去网站上说:“虽然我们看不到黑洞本身,因为它是完全黑暗的,但它周围发光的气体揭示了一个泄密的特征:一个黑暗的中心区域(称为“阴影”)被一个明亮的环状结构包围。这一新视角捕捉到了被黑洞强大引力弯曲的光线,黑洞的质量是太阳的400万倍。”

考虑到黑洞距离地球27000光年,来自EHT的科学家是如何捕捉到这张照片的?这个问题的答案在于EHT如何收集数据,以及科学家们如何创建一种算法,将海量数据转化为上周共享的图像。其结果是银河系中心的第一个大质量物体的视觉证据。

PBS共享,“该图像是Sgr A*存在的第一个视觉证据;这个黑洞以前只是通过对它周围轨道上的恒星的观测间接证实的。”

图片来源:NASA via BBC

亚利桑那大学的天体物理学家Feryal Özel在5月12日举行的国家科学基金会新闻发布会上说:“直到现在,我们还没有直接的图片来证明我们星系中心的这个温和的庞然大物是一个黑洞。”“它显示了黑暗周围有一个明亮的环,这是黑洞阴影的标志。”

图像中捕捉到的闪光是行星或碎片等物质被拉入黑洞外边界时产生的。这个边界被称为视界。

一个地球大小的望远镜

在一个很好的类比中,EHT团队解释说,考虑到与地球的距离,在天空中看到黑洞就像在月球表面看到一个甜甜圈。EHT使用非常长的基线干涉测量法来创建图像,望远镜遍布全球,有效地将我们的星球变成一个地球大小的望远镜,以捕获大量的数据。然后,EHT用一种名为尖声地说(使用补丁先验的连续高分辨率图像重建)

构建黑洞图像的测量数据来自分布在世界各地的七个组成EHT的射电望远镜。位于南极的第八个望远镜帮助校准了这些测量结果。每台望远镜都能看到黑洞的一小部分,它们一起组成了一个世界大小的虚拟望远镜,有效地协同工作,就像一个巨大的盘子。

过去的地图。图片来源:D. Marrone/UofA

这些观测是在1.3毫米的波长下进行的,这比可见光的波长长2000到3000倍。

赛斯·弗莱彻,主编科学美国人他这样描述这一过程:“每年只有非常有限的一段时间,欧洲、北美、南美和南极洲的望远镜都能看到天空中相同的东西。所以他们制定了一份详细的时间表,例如,人马座A*何时会出现在地平线上,用什么望远镜可以看到。

“他们只是扫描黑洞几个晚上。然后他们将所有数据存入硬盘。然后他们将数据物理传送到两个超级计算机银行,一个在马萨诸塞州,一个在德国,然后他们将所有数据关联到一个单一的数据集。然后他们搜索它的共同探测,在那里所有的望远镜都看到了相同的东西。”

把望远镜装在一起工作

为了将数据拼接在一起,EHT团队需要确保每个望远镜以相同的方式收集高带宽数据。

为了确保数据采集的一致性,每个望远镜都需要相同的高性能仪器。EHT的仪器是基于数字硬件和天文信号处理与电子研究合作组织(CASPER)开发的技术。

卡斯珀设计并运送fpga板到每个望远镜站点,以确保望远镜以相同的方式处理观测到的无线电波。这些fpga是用Simulink设计的。金宝app每个站点的终端用户使用高效多相滤波器组进行信号处理。多相滤波器组类似于快速傅立叶变换(FFT),但具有改进的通道隔离。fpga比典型的CPU或GPU提供更高的吞吐量和更好的能源效率。

伯金宝app克利大学的首席科学家丹·韦瑟默说:“Simulink在生成M87图像和星系中心黑洞的近期图像方面起着至关重要的作用。搜寻地外文明计划研究中心。“Casper FPGA仪器在所有射电望远镜上运行,收集了几拍字节的数据,用于制作这些图像。金宝appSimulink还用于设计和测试波束形成器仪器,该仪器将智利和夏威夷站点的所有天线的信号结合起来,用于这些图像。”

这个形象超出了预期

根据EHT博客,这张照片促进了我们对银河系的了解。台北中央研究院天文与天体物理研究所的EHT项目科学家Geoffrey Bower说:“我们惊讶于这个环的大小与爱因斯坦广义相对论的预测是如此的一致。”“这些前所未有的观测极大地提高了我们对银河系中心发生的事情的理解,并为这些巨型黑洞如何与周围环境相互作用提供了新的见解。”

EHT团队的研究结果今天发表在了《天体物理学杂志通讯》

人马座A*的黑洞EHT图像。插入的图像表示不同的成像方案及其相关的频率(直方图)。金宝搏官方网站图片来源:《天体物理学杂志通讯》。

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