終極版聽聲辨物：科學家稱黑洞成像就像聽一架破鋼琴

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2019年4月10日，天文學家公布了黑洞首照。隨後，另一幅照片又吸引了全世界的目光。這幅照片的主人公是29歲的美國女計算機學家卡蒂?布曼博士。在獲取黑洞首照過程中，布曼扮演了重要角色。分享黑洞成像的經驗時，布曼表示感覺就像在聽一架破鋼琴。不過，只要正常工作的琴鍵足夠多，大腦仍能辨別出彈奏的是什麼歌曲。

美國女計算機學家卡蒂?布曼現年29歲，是事件視界望遠鏡成像小組的一名博士後研究員。她率領的團隊研發了一種名為「利用補丁先驗進行連續高解析度圖像重建」（CHIRP）的演算法，用於對黑洞進行成像。在分享黑洞成像的經驗時，布曼說：「就像聽一架破鋼琴。」

4月10日公布的圖像展示了M87星系中央的黑洞。M87是一個大質量星系，座落於室女座星系團。這個黑洞距地球5500萬光年，質量相當於65億個太陽。

這個黑洞潛伏在M87星系中央，質量是太陽的65億倍。由於巨大的引力，M87星系周圍的光線發生扭曲，形成明亮的環。這幅備受期待的照片提供了最為強有力的證據，證明超大質量黑洞的存在。此外，它也打開了黑洞、事件視界及黑洞引力研究的一個新窗口

布曼表示：「由於M87距地球5500萬光年，在夜空中呈現為極其微小的環，個頭大概只有40微角秒，相當於從地球上看到的月表上一個橙子的大小。為了獲得清晰的圖像，我們需要一架口徑可覆蓋整個地球的望遠鏡。很顯然，我們無法做到這一點。」

近十年時間裡，事件視界望遠鏡項目組一直專註於一項特殊任務。他們打造了地球大小的虛擬望遠鏡，將世界各地的望遠鏡獲取的信號整合在一起。不過，事件視界望遠鏡項目的望遠鏡數量有限同時只能捕獲某些頻率的信號。因此，所獲信息中存在巨大缺口。

布曼指出：「形象地說，事件視界望遠鏡的測量數據就像是一個歌曲的音符，每個測量數據對應一個音符的音調。利用事件視界望遠鏡觀測黑洞就像在聽一架半數琴鍵壞掉的破鋼琴演奏的歌曲。」

她說：「事件視界望遠鏡的觀測方式導致所獲數據中存在很多缺口。我們有無限可能性，用與數據相一致的信息填補這些缺口。在聽一架破鋼琴演奏的歌曲時，只要正常工作的琴鍵足夠多，你的大腦仍能辨別出彈奏的是什麼歌曲。因此，我們可以設計出相關演算法，填補事件視界望遠鏡所獲信息中的缺口，進而獲取黑洞影像。」

例如，雖然被稱之為無法逃脫的天體，一些黑洞為何向外噴射物質。最新觀測發現有望解答長久以來存在的一系列疑問

2017年，事件視界望遠鏡進行首批觀測，選擇的波長為1.3毫米。事件視界望遠鏡的每架望遠鏡產生大量數據，每天可生成大約350 TB數據，存儲到高性能的氦氣硬碟。世界各地的4個事件視界望遠鏡項目團隊對最終結果進行獨立驗證，以避免集體人為偏誤。

布曼指出：「我們生成的4幅圖像略有差異，但都含有相同的基本結構。第一次看到這些圖像時，我感到很震驚。這是我有生以來最幸福的記憶之一。4月10日公布的最終圖像結合了這4幅圖像。所有圖像利用相關演算法進行微調，以消除個人偏好。」

布曼稱：「最初參與事件視界望遠鏡項目時，我還是麻省理工學院的一名研究生，鑽研計算機視覺。我發現黑洞成像與根據核磁共振掃描所獲有限數據對大腦進行成像驚人相似。雖然這個項目並非我的核心研究領域，我也沒有天體物理學背景，更不用說黑洞研究，但我希望能夠憑藉自身的努力做出貢獻。」

在美國國會作證時，這位哈佛-史密森尼天體物理學研究中心的博士後研究員建議，將事件視界望遠鏡項目研發的技術用於醫學成像、地震預測和自駕駛汽車等領域，以造福人類。

來源：漫步宇宙

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