四年前,第一張圖片梅西耶 87 星系 (M87) 中心的超大質量黑洞 (SMBH) 的研究證明,除了名人的口渴陷阱之外,網路也可能被其他東西破壞。 去年,繼去年對我們銀河系中較小但仍然難以想像的巨大超大黑洞進行成像之後,人們興奮不已,射手座A*。 這項工作仍在繼續,今年將透過人工智慧處理原始數據來製作圖像更銳利。 更多範例即將到來,因此也許現在是考慮如何完成的好時機。
首先要注意的是,這些影像其實都不是黑洞。 黑洞的決定性特徵是引力如此強烈,甚至連光也無法逃脫。 因此,無論使用什麼儀器,我們實際上都看不到它們。 然而,黑洞,特別是超大質量黑洞,通常被吸積盤輻射到他們的外面事件視界,到了不歸路。 它們可能非常明亮,如果方向正確,孔本身就會在它們的襯托下脫穎而出。
儘管亮度如此之高,超大質量黑洞的吸積盤仍然不容易被看見。 這些圖像需要天文學史上一些最大的合作,這是有原因的(實際上有很多原因),即使不完全符合天文學的研究。第一千新星。
一方面,M87*(星號將SMBH與其星系區分開來)距離我們很遠。 以我們目前所能達到的精確度來說,有五千四百萬光年。 儘管按照太陽系的標準,吸積盤非常巨大——只有幾光天那麼寬——但在這個距離上仍然很難解析。 人馬座 A* 距離我們近 2,000 倍,但有許多塵埃和其他恆星擋住了我們的視線。
為了從那麼遠的地方獲得一些分辨率,最好擁有一台非常大的望遠鏡——例如地球大小的望遠鏡。 即使沒有人誤以為它是一顆死星並炸毀它的垃圾槽,這也有點昂貴。
相反,天文學家讓八台電波望遠鏡分散在地球各地,以他們所謂的方式協同工作事件視界望遠鏡(EHT)。 就像雙眼之間的距離可以讓您獲得額外的深度感知一樣,這些望遠鏡之間的間隔也提供了一個基線,使更高解析度成為可能。
在將雙眼產生的圖像加在一起時,你的大腦已經經歷了數億年的進化。 望遠鏡透過干涉測量法,它依賴電磁波波峰和波谷相互影響的方式,根據波之間的相位差異創建強度模式。 它是由像超大型陣列這樣的儀器開創的,它在新墨西哥州沙漠的鐵軌上使用了 27 個天線。 每個天線收集的無線電波被精確地聚集在一起,它們的峰值組合在一起產生的細節遠遠超出了每個天線單獨的能力。
如今,超長基線干涉測量技術使我們能夠將相距半個地球的望遠鏡組合在一起。 從如此遙遠的來源產生影像需要驚人的運算能力,但隨著這種能力變得更加可用,天文學家已經能夠從更遠的分離位置執行這一壯舉。
就 EHT 而言,這意味著夏威夷、加利福尼亞、亞利桑那、墨西哥、智利、格陵蘭、西班牙和法國的儀器。 射電望遠鏡不像光學儀器那樣容易受到雲的影響,但風暴甚至強風肯定會幹擾。 由於觀測需要同時進行,因此該專案必須立即等待每個站點的情況平靜。

干涉測量法使我們能夠創建物體的圖像,否則從我們的角度來看這些物體太小而無法看到,但這是一個複雜的過程。
望遠鏡之間的資料傳輸將遠遠超出洲際傳輸網路的容量,因此資料儲存在多組硬碟上,並且必須將它們集中在一個地方。 每個觀察結果都被原子鐘標記為奈秒。 合併時,考慮了無線電波到達以光速傳播的不同儀器所需的時間。
即使擁有如此強大的觀測能力,天文學家也無法簡單地將望遠鏡收集到的無線電波結合起來,並將其轉換成我們肉眼所能看到的影像。 原始產品對此來說太不清楚了。
從我們的大氣層到 M87* 銀河中心外圍的一切事物所產生的干擾必須被識別並消除。 甚至必須考慮到觀察時不同地點之間的氣壓差異。 當用 Sagittarius A* 重複這個過程時,這個過程更加困難,因為有更多的介入材料。
最後,EHT 團隊將觀測結果與幾十年來試圖了解黑洞如何扭曲其周圍空間以及吸積盤中物質的預期行為而建立的電腦模型進行了比較。 這依賴於我們所知道的,或者我們認為我們知道的,關於熱物質在強大的引力場和磁場的結合下的行為方式的知識。
這種程度的不確定性就是人工智慧可以使相同影像變得更加清晰的原因從 30,000 個事件視界的模擬影像中學習並找到共同模式後。
相同的干涉測量方法使天文學家能夠將相同的望遠鏡轉回 M87* 和揭示噴射機當超大質量黑洞以肢解的恆星為食時產生的。