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人馬座A*,咪郁!影相呀!

  • 20.05.2022

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上星期四(5月12日),「事件視界望遠鏡(EHT)」將位於銀河系核心的超級黑洞(人馬座A*)的剪影成像公諸於世,是繼2019年發布的M87*超級黑洞剪影成像後,人類史上第二批黑洞「寫真」。

平時影相,「喀嚓」一聲完成,下一秒在社交媒體發布。翻查資料,是次公開的人馬座A* EHT數據在2017年4月收集,為何研究團隊要花上5年時間去製作一張相?

影人馬座A*的黑洞當然非常困難,主要因為:
一)太細:雖然這個黑洞距離我們約27,000光年,其視覺「大小」只有約0.0000518角秒,或約7,000萬分之一度(月亮視直徑約有0.5度);
二)「周身郁」:M87*黑洞周圍的物質每數日至一個月旋轉一周,但由於人馬座A*黑洞比M87*黑洞輕超過一千倍,導致人馬座A*黑洞周圍的物質只需數分鐘就旋轉一周。EHT每次的觀測歷時超過數小時。要EHT清楚影到這個周身郁黑洞,好比你試圖用較慢的快門清楚拍攝一隻追着自己尾巴轉的小狗。

為了克服最後一個困難,研究團隊以數年時間研發和測試不同的數據處理技術,為求將人馬座A*的黑洞最真實的一面向大家展現。其中一個技術是分析在不同時間收集的數據,根據形態將數據歸類為數個主要代表形態(即「聚類分析(cluster analysis)」),之後抽取各個代表形態中相同位置的數據平均值,結合成為最終成像。

好明顯,黑洞不是你平時拍攝的對象。但原來黑洞成像技術的概念也可以應用在日常生活上。

旅遊地標經常吸引大量遊客,要拍攝一張沒有包含路人甲乙丙的地標相片似乎很困難。一個解決辦法是在原地每隔數秒鐘拍攝相片,在修圖軟件將該批相片以平均值或中間值合併…… VOILÀ結果所有路人消失了!

成功秘訣是,相片合併時會強調各張相片的共同特徵(建築物、路面、樹木等),相反只在個別相片特定位置出現的物件(例如走動的人、車等)會被忽略。同樣道理,EHT拍攝了海量(每秒32GB數據!)的人馬座A*黑洞剪影數據,可是由於黑洞周圍的物質急速變化,每份數據雖一致但略有不同。最終成像凸顯黑洞外圍的環狀結構,與廣義相對論的預測非常接近!

想了解位於我哋銀河系中心嘅超級黑洞,記得唔好錯過明天直接參與EHT研究嘅美國亞利桑那大學副教授陳志均教授為我哋主講嘅講座,講座亦會喺太空館嘅YouTube頻道同步直播。

想了解更多有關黑洞成像的技術,可以參考這條影片(只有英文):https://youtu.be/dXRACQC9kU0 或這篇論文(只有英文):https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac6429 

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