天文學家準備新的演算法為拍攝有史以來第一張黑洞的照片

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畫家印象中的黑洞

一件關於黑洞有趣的事,是我們從未實際看過黑洞。事實上,黑洞存在的唯一直接證據,來自於去年發現的重力波,以兩個合併中的黑洞的形式。

但由於一項名為事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope EHT)的國際合作,天文學家現在正準備為座落於銀河系中心的人馬座A*(Sagittarius A*),製作一張黑洞圖片。這項合作將使用圍繞於地球的九個無線電望遠鏡,來創造出一個涵蓋更為寬闊的地區的虛擬望遠鏡,稱為干涉度量學(interferometry)。

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然而,為了要執行這項任務,需要有點技巧,而這是MIT小組加入的地方。他們發展出一套演算法(描述於論文中),使用太空的其他圖片來創造出結合觀察數據的交織圖案。這套演算法稱為貼片優先使用的連續高解析度圖像重建(Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors,CHIRP)。其結果是它應該讓我們直接畫出黑洞。

沒有參與論文的以色列理工學院(Israel’s Technion)電機工程教授Yoav Schechner對MIT新聞說:「假設你要一顆棒球的高解析度影片,彈道軌跡的本質是關於球軌跡的優先具備知識。大體上,優先具備知識限制了對未知事物的追求,因此,使用稀疏的補獲數據,能夠妥善地確定球在時空中確切的狀態。」

我們需要這麼大的一個望遠鏡的原因之一,是黑洞位於非常遙遠的地方而且非常小。舉例來說,人馬座A* 僅僅是太陽直徑的17倍,但距離是2萬5千光年。

領導演算法發展的MIT大學畢業生Katie Bouman對MIT新聞說:「對銀河系中心的黑洞拍照,等同於對月亮上的葡萄柚拍照,但是是用無線電望遠鏡。要照出這麼小的東西,意味著我們需要直徑為一萬公里的望遠鏡。這不切實際,因為地球的直徑甚至不到1萬3千公里。」

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使用圍繞於地球的望遠鏡,將讓EHT計畫的天文學家達成這樣的解析度。而且在拼湊所有的觀察,來使得這項有企圖的努力變為可能,新的CHIRP演算法將是不可或缺的。

還沒有一個2017年明確的日期,我們能期待第一張黑洞圖片。但對於它何時能開始操作的每一個理由,都是令人興奮的。

來源: Iflscience