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人马座A*,咪郁!影相呀!

人马座A*,咪郁!影相呀!

  • 20.05.2022

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上星期四(5月12日),「事件视界望远镜(EHT)」将位于银河系核心的超级黑洞(人马座A*)的剪影成像公诸于世,是继2019年发布的M87*超级黑洞剪影成像后,人类史上第二批黑洞「写真」。

平时影相,「喀嚓」一声完成,下一秒在社交媒体发布。翻查资料,是次公开的人马座A* EHT数据在2017年4月收集,为何研究团队要花上5年时间去制作一张相?

影人马座A*的黑洞当然非常困难,主要因为:
一)太细:虽然这个黑洞距离我们约27,000光年,其视觉「大小」只有约0.0000518角秒,或约7,000万分之一度(月亮视直径约有0.5度);
二)「周身郁」:M87*黑洞周围的物质每数日至一个月旋转一周,但由于人马座A*黑洞比M87*黑洞轻超过一千倍,导致人马座A*黑洞周围的物质只需数分钟就旋转一周。EHT每次的观测历时超过数小时。要EHT清楚影到这个周身郁黑洞,好比你试图用较慢的快门清楚拍摄一只追着自己尾巴转的小狗。

为了克服最后一个困难,研究团队以数年时间研发和测试不同的数据处理技术,为求将人马座A*的黑洞最真实的一面向大家展现。其中一个技术是分析在不同时间收集的数据,根据形态将数据归类为数个主要代表形态(即「聚类分析(cluster analysis)」),之后抽取各个代表形态中相同位置的数据平均值,结合成为最终成像。

好明显,黑洞不是你平时拍摄的对象。但原来黑洞成像技术的概念也可以应用在日常生活上。

旅游地标经常吸引大量游客,要拍摄一张没有包含路人甲乙丙的地标相片似乎很困难。一个解决办法是在原地每隔数秒钟拍摄相片,在修图软件将该批相片以平均值或中间值合并…… VOILÀ结果所有路人消失了!

成功秘诀是,相片合并时会强调各张相片的共同特征(建筑物、路面、树木等),相反只在个别相片特定位置出现的物件(例如走动的人、车等)会被忽略。同样道理,EHT拍摄了海量(每秒32GB数据!)的人马座A*黑洞剪影数据,可是由于黑洞周围的物质急速变化,每份数据虽一致但略有不同。最终成像凸显黑洞外围的环状结构,与广义相对论的预测非常接近!

想了解位于我哋银河系中心慨超级黑洞,记得唔好错过明天直接参与EHT研究慨美国亚利桑那大学副教授陈志均教授为我哋主讲慨讲座,讲座亦会喺太空馆慨YouTube频道同步直播。

想了解更多有关黑洞成像的技术,可以参考这条影片(只有英文):https://youtu.be/dXRACQC9kU0 或这篇论文(只有英文):https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac6429

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