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admin 娱乐早知道 2019-04-17 261 0

当你注视着深渊时,深渊也在注视着你。”若将尼采这句名言嫁接到地理学上,当科学家注视黑洞时,却连一丝光也看不到……

多年来,地理学家们只能经过间接地依据来证明黑洞的存在,就算是最顶尖的科学家,也不曾目击它的真容。而在曩昔的十多年里,为了可以直接“看到”黑洞。

各国科学家们联合起来,全球八个地理台将各自的射电望远镜阵列组成了一个虚拟的望远镜网络,构成了口径等同于地球直径的“事情视界望远镜”(EHT)。

这次被观测的黑洞(M87*)坐落银河系外,黑洞的质量达到了60亿个太阳质量,可是它间隔地球十分十分远,足足有5500万光年,科学家们运用八个射电望远镜对准一个方针,一起观测,搜集很多数据,然后集合进行兼并剖析,终究产生了这张黑洞的图画。

虽然黑洞的第一张真身照是一张含糊、不规则的圆环,但这张相片的背面凝结了现在最先进的勘探技能,整个进程历时十余年,动用了来自非洲、亚洲、欧洲、北美洲和南美洲的200多名研讨人员,八个勘探望远镜不分昼夜观测终有的效果。

跨过地球直径:八个望远镜据守

一般,每台望远镜都独立运转,观测宣布弱小无线电波的天体。可是,黑洞比世界中的其他任何射电源都要小得多、暗得多。为了看得更清楚,地理学家需求运用十分短的波长——1.3毫米——可以穿透黑洞和地球之间的物质云。

摄影黑洞相片还需求放大率,或“角分辨率”,这相当于在巴黎路旁边的一间咖啡馆里阅览坐落纽约的手机上的文本。望远镜的角分辨率随接纳盘的巨细而增大。可是,即使是地球上最大的射电望远镜也远没有大到足以看到黑洞。

可是,当多个间隔很远的射电望远镜同步并集合于世界中的一个单一光源时,它们可以经过一种称为甚长基线干与丈量(VLBI)的技能,作为一个十分大的射电抛物面天线运转,这样它们的组合角分辨率因而可以大大提高。

关于EHT便是由8个参加的望远镜组组成为一个与地球相同大的虚拟射电天线,可以将一个物体的分辨率降低到20微角秒。偶然的是,依据爱因斯坦的方程,这简直便是观测黑洞所需的精度。

2017年4月5日,由坐落南极、智利、墨西哥、美国夏威夷、美国亚利桑那州、西班牙的8台亚毫米射电望远镜一起对黑洞翻开观测,运用甚长基线干与丈量技能(VLBI)将这8台望远镜构建成超级“虚拟”望远镜——视界面望远镜(EHT),EHT口径13000公里,约等同于地球直径。

EHT构成之后,望远镜具有了“摄影”的才能,这仅仅黑洞相片的第一步,摄影之后的下一步是“洗”相片。

洗相片:超算处理百万G数据

实际上,EHT早就拍完了相片,而“洗相片”的进程长达两年。

为何“洗相片”时刻如此之长?

由于这类观测的数据处理并非只用一套现成的办法。多台望远镜之间的钟差、望远镜自身状况随时刻的细小改动等问题都会影响观测精度。另一方面,“摄影”方针黑洞自身也在不断改变,科学家需求探究新办法对“相机”进行校准,树立模型,以提高组成图画的质量和精度。

数据处理进程中需求依据处理结果不断调整运算办法进行改善,加之数据量巨大,因而用时很长。有报导称,为了处理这些海量数据,美国麻省理工学院等组织的科学家开发了新算法,以加速数据剖析。

在射电地理学中,由望远镜检测到无线电波,其频率将入射光以波的方法记载,其起伏和相位以电压方法测出。在对这次摄影的主角——M87进行观测时,每个望远镜都以电压的方法接纳数据流,用数字方法表明。

每台望远镜都记载了大约1 PB(100万GB)的总数据。

在观测完毕后,每个观测站点的研讨人员拾掇起成堆的硬盘,并快递给美国麻省的Haystack地理台和德国马普射电地理学研讨所。(在数据量如此巨大的情况下,用快递空运硬盘要比电子方法传输数据快得多)

这两个地理台(所)有强壮的高度专业化的超级核算机,核算机一次可以处理两个数据流。

由于每台望远镜在EHT的虚拟无线电盘上处于不同方位,因而它出现的方针物体的视图会略有不同,这儿的方针便是M87。由两个独自的望远镜接纳的数据可以编码黑洞的相似信号,但也各自包括特定于每台望远镜的噪声。

超级核算机中的相关器将来自EHT的八个望远镜的每对或许的数据排成一行。经过比较,在数学上消除噪音,挑出黑洞的信号。每台望远镜上装置的高精度原子钟会为输入数据加上时刻戳,让剖析人员可以在过后对数据流进行匹配。

随后,Haystack地理台和马普射电地理学研讨所的研讨人员开端了“相关”数据的艰苦进程,辨认来自不同望远镜的一系列问题,修正这些问题并从头运转相关器,直到数据经过严厉验证。之后,这些数据会被发送至全球四个独立的团队,这些团队的使命是运用独立的技能由数据生成图画。

超算,翻开人类奔向世界的幻想

2015年,引力波的发现让黑洞的研讨更进一步。

在本年1月出书的《物理谈论快报》上,科学家宣布了迄今为止最准确的黑洞兼并晚期核算机模型。

树立像黑洞磕碰这样巨大事情的模型十分困难,由于当彼此磕碰的黑洞变得十分挨近时,就在两者终究兼并的前几秒钟,它们的引力场和速度变得极点,数学变得十分复杂,以至于无法用规范的剖析办法来剖析。

科研人员用加州理工学院的超算,接个新的机器学习程序或算法从模仿中学习,终究从近900个黑洞兼并的模仿中创立模型,花费了20000小时的核算时刻。

现在,核算力的能量现已不仅仅是模仿黑洞。

这次“洗相片”的德国马普射电地理学研讨所,从前做出过更前沿的探究——猜测的大规模星系结构。他们还发现大型星系中的中心黑洞阻止了恒星的构成。

星系层级的会聚进程也获得了新的发现。理论长期以来估测应该首要构成一个小星系,然后在数十亿年的进程中集合成更大的天体,被引力集合在一起。中心会发作许多星系磕碰,星系经常被潮汐力损坏。然后它们的恒星终究在新构成的大型星系周围的宽轨道上运转,然后赋予它们弱小的布景光。

黑洞、世界模仿,这一切离不开核算力。

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