首届黑洞PS大赛来袭!为了这张「高糊」的图,中国科学家做出了啥贡献?

作者: 路如森,左文文

来源: 赛先生

发布日期: 2019-04-11 11:17:08

本文介绍了人类首次公布黑洞照片的背景,以及中国科学家在其中的贡献。文章还详细描述了黑洞成像的技术细节,包括甚长基线干涉测量技术(VLBI)的应用和数据处理过程。

昨日21点,人类公布了首张黑洞照片。传说中的黑洞终于露出了真容。然而,更刺激的是,伴随这张照片的公布,首届黑洞PS大赛正式展开。让我们看看参赛作品,表情包系列,图片来自网络。求多重黑洞的心理阴影面积,图片来自网络。只进不出的钱包,图片来自网络。不过其实要评一等奖的话,还非最下面这张图莫属了。

为了得到这张图片,科学家们总共耗时两年,处理了约3500TB数据,传输数据都靠人肉背硬盘,可以说是最硬核的「PS」了。

北京时间2019年4月10日晚9点,黑洞事件视界望远镜(Event Horizon Telescope,EHT)合作组织协调召开全球六地联合新闻发布会,宣布人类首次利用一个口径如地球大小的虚拟射电望远镜,在近邻巨椭圆星系M87的中心成功捕获世界上首张黑洞图像。

这张图像的意义非同一般,它提供了黑洞存在的直接“视觉”证据,使得在强引力场下验证爱因斯坦广义相对论,细致研究黑洞附近的物质吸积与相对论性喷流成为可能。

黑洞并不是孤立存在的,它的周围存在大量气体。由于黑洞的强大引力,气体会朝黑洞下落。而当这些气体被加热到数十亿度高温时,便会发出强烈的辐射。同时,黑洞也会以喷流和风的形式向外喷射物质和能量。广义相对论预言,我们将会看到中心区域存在一个由于黑洞视界形成的阴影,周围环绕一个由吸积或喷流的辐射造成的光环。

目标已经选定,下面就该“磨刀上阵”了。古人云:“工欲善其事,必先利其器”,要对黑洞成像,最好的工具莫过于甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry, VLBI)技术。VLBI利用广为分布(距离可达上万或几十万公里)的射电望远镜,通过各台站独立记录信号和后期对信号的综合相关处理,获得一个大小相当于各台站之间最大间距的巨型(虚拟)望远镜。

为了增加探测灵敏度,EHT所记录的数据量非常庞大。2017年4月份的观测中,每个台站的数据率达到惊人的32Gbit/s,8个台站在5天观测期间共记录约3500TB数据。EHT采用专用硬盘来记录数据,再把它们送回数据中心进行处理。在那里,研究人员用超级计算机矫正电磁波抵达不同望远镜的时间差,并把所有数据做互相关综合处理,从而达到信号相干的目的。

在此基础之上,通过对这些数据经过近两年时间的后期处理和分析,人类终于捕获了首张黑洞图像。

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