银河系中心黑洞成像历程

作者: 江悟、路如森、沈志强

来源: 中国科学院上海天文台

发布日期: 2022-05-13 17:00:00

本文详细描述了银河系中心黑洞成像的复杂历程,包括多个阶段的成像工作、全球团队的合作、以及使用上海VLBI天文处理平台的超级计算机进行数据处理的过程。文章还提到了成像工作的五个阶段,每个阶段的特点和挑战,以及最终如何克服困难,成功获得银河系中心黑洞的首张照片。

银河系和银河系中心黑洞(银心)的图像。图片版权:事件视界望远镜合作组织(2022)和郑兴武&马克里德(Mark J. Reid)(2019)所有。

看到刚刚发布的银河系中心超大质量黑洞的首张照片,笔者的思绪又回到了这几年给黑洞“冲洗照片”的日子。通过新闻发布会,大家或多或少已了解到,这次银河系中心黑洞成像的复杂和艰难。当时冲洗照片的团队来自全球各地,为了有效记录进展,大家都会在一个共享工作簿上更新工作分工。回翻工作簿上的统计记录,笔者发现,我们已不知不觉利用上海VLBI天文处理平台的超级计算机(图1)完成了不少的工作量。

在照片冲洗工作启动之时,可能谁也没有想到,这个过程会如此反复,难度如此之大。有人中途退出,有人始终坚守,庆幸地是最终得到一个大家都认可的结果,令人欣慰。还可以透露的是,今天在线发表的这一系列论文并非今年才启动撰写,实际上,有的论文已于几年前已完成初稿,就等待着成像的最终结果。

你们知道吗?仅照片“冲洗”工作,就有四个不同的算法工作组分别参与,最终照片是由所有“合格”的照片平均而成。照片的冲洗主要经历了五个阶段,每个阶段都有各自的特点,文笔辞藻有限,略记一二。

第一阶段:摩拳擦掌,跃跃欲试。2019年4月10日,EHT合作组织正式发布人类捕获的首张黑洞照片——室女座星系M87中心超大质量黑洞的照片。随后,EHT合作组就着手处理同期观测的另一个重要目标——我们人类所在银河系的中心。

第二阶段:千姿百态,欲言又止。大约经过了2到3个月的仔细审查和更新,包括更严格的数据校准。成像工作组再一次拿到了数据,但令人灰心的是,图像仍是千姿百态。

第三阶段:咬紧牙关,放手一搏。其实在第二阶段后面的尝试中,笔者就调试好了上海VLBI天文处理平台的超级计算机,利用它来完成快速成像工作。

第四阶段:曙光乍现,黎明前的黑暗。经过第三阶段的多次迭代,成像算法越来越成熟,参数优化也越来越收敛。成像工作终于迎来一线曙光,但很快又抛来一个难题。

最终阶段:峰回路转,心悦诚服。办法总比困难多,这个道理似乎用在所有工作领域都适用。VLBI数据处理的难点在于校准,因为每台望远镜的性能和实时观测条件都不一样,要恢复出真实的信号信息有如大海捞针。

后记:上海VLBI天文处理平台受天文专项资助于2014年底建成,至今已有8个年头,一直承担国内和国际的VLBI天文观测数据处理。作者:江悟、路如森、沈志强

来源:中国科学院上海天文台

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