美國加州理工學院天文學家正在給黑洞做“計算機斷層掃描”（CT）。他們利用一種神經(jīng)網(wǎng)絡以及相當于CT掃描的三維（3D）技術，首次重建了銀河系中心超大質(zhì)量黑洞人馬座A*附近的高能爆發(fā)事件圖。研究結(jié)果發(fā)表于22日的《自然·天文學》，更清晰地呈現(xiàn)了黑洞周圍的耀斑是如何形成的。
超級計算機模擬顯示，以吸積盤結(jié)構(gòu)繞黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)會在名為耀斑的高能事件中周期性噴發(fā)。這類事件可在X射線、紅外線和無線電波中觀察到。不過，從觀測數(shù)據(jù)中重建這些耀斑的3D結(jié)構(gòu)一直非常困難。
人馬座A*是位于銀河系中心一個極度明亮且復雜的射電波源，也是離地球最近的超大質(zhì)量黑洞，被認為是研究黑洞物理學的最佳目標。2022年，多國科研人員合作項目發(fā)布的“開創(chuàng)性成果”——人類獲得的首張黑洞照片，拍攝對象就是人馬座A*。近年來，科學家一直在追蹤人馬座A*的高能爆發(fā)事件。
研究團隊此次提出了一種新的成像技術，與醫(yī)學CT中使用的技術類似，他們將其命名為“軌道偏振層析成像”。
基于這一新技術，團隊再利用阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）在2017年4月11日的觀測結(jié)果，研究了無線電波長的耀斑的3D外觀。用這個數(shù)據(jù)集重建3D圖像，會因為距離和亮度變化顆粒細節(jié)而存在困難，因而研究團隊用一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡的新計算機技術，并利用黑洞的預測物理性質(zhì)和電磁輻射過程對該神經(jīng)網(wǎng)絡進行約束。
最后得到的圖像顯示，耀斑可能源于吸積盤上的兩個亮斑，吸積盤幾乎是正對地球。這些亮斑繞黑洞順時針旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)軌道半徑為地日距離的一半（約7500萬千米）。重建后的耀斑結(jié)構(gòu)與之前的計算機模擬類似，驗證了人們對黑洞周圍極端環(huán)境的大致理解。
【總編輯圈點】
天文學家相信，不僅僅是銀河系，幾乎每個星系中央都存在著一個超大質(zhì)量黑洞，它們像是星系的發(fā)動機。黑洞也是神秘的，它吞噬落入其“捕獲范圍”的一切物質(zhì)和光線，正如其名字一樣難以探知。好在，即將落入黑洞的物質(zhì)會在黑洞周圍形成一個旋轉(zhuǎn)吸積盤，這個不時發(fā)亮的結(jié)構(gòu)，是我們觀察黑洞的窗口。半個世紀前，我們對其僅能做理論推理，今天，我們有黑洞的“照片”，還有“X光片”和“引力波圖”。隨著手段升級，黑洞的秘密將一步步揭開。（記者張夢然）