【大发十分快三】人类第一次看到黑洞,要感谢超算

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【新智元导读】第一张黑洞照片已经 否认,在这张照片的面前,超级计算机正确处理数PB的天文数据,后会 模拟黑洞碰撞、星系诞生,是人类想象力的终极武器。

今天是天文爱好者的不眠夜。

史上第一张黑洞真身照片终于问世,终于你能要能们明白,另有三个白 黑洞都是黑的,是“红大发十分快三”的(玩笑)。

尽管黑洞的第一张真身照是一张模糊、不规则的圆环,但这张照片的面前凝结了目前最先进的探测技术,整个过程历时十余年,动用了来自非洲、亚洲、欧洲、北美洲和南美洲的 80 多名研究人员,三个白探测望远镜不分昼夜观测,最终的这张图像都是机会获得诺贝尔奖。

什儿 切成就,都离不开视界望远镜(EHT)和面前的计算。

跨越地球直径:三个白望远镜坚守

通常,每台望远镜都独立运行,观测发出微弱无线电波的天体。然而,黑洞比宇宙中的有些任何射电源都是小得多、暗得多。为了看得更清楚,天文学家都要使用非常短的波长——1. 3 毫米——能要能穿透黑洞和地球之间的物大发十分快三质云。

拍摄黑洞照片还都要放大率,或“角分辨率”,这大慨在巴黎路边的一间咖啡馆里阅读地处纽约的手机上的文本。望远镜的角分辨率随接收盘的大小而增大。然而,即使是地球上最大的射电望远镜也远没办法 大到足以看一遍黑洞。

后会 ,当多个距离很远的射电望远镜同步并聚焦于宇宙中的有三个白 单一光源时,它们能要能通过有一种称为啥长基线干涉测量(VLBI)的技术,作为有三个白 非常大的射电抛物面天线运行,另有三个白 它们的组合角分辨率后会 能要能大大提高。

对于EHT就是 由 8 个参与的望远镜组合成为有三个白 与地球一样大的虚拟射电天线,要能将有三个白 物体的分辨率降低到 20 微角秒。巧合的是,根据爱因斯坦的方程,这几乎就是 观测黑洞所需的精度。

2017 年 4 月 5 日,由地处南极、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齐对黑洞展开观测,利用甚长基线干涉测量技术(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 1800 公里,约等同于地球直径。

望远镜在全球分布示意图,红点代表望远镜所在地

EHT形成已经 ,望远镜具备了“拍照”的能力,这就是 黑洞照片的第一步,拍照已经 的下一步是“洗”照片。

洗照片:超算正确处理百万G数据

实际上,EHT早就拍完了照片,而“洗照片”的过程长达两年。

为啥“洗照片”时间没办法 之长?

机会之类观测的数据正确处理从不只用一套现成的办法。多台望远镜之间的钟差、望远镜自身情況随时间的微小改变等问题都会影响观测精度。另一方面,“拍照”对象黑洞有一种也在不断变化,科学家都要探索新办法对“相机”进行校准,建立模型,以提升合成图像的质量和精度。

数据正确处理过程中都要根据正确处理结果不断调整运算办法进行改进,加之数据量巨大,后会 用时很长。有报道称,为了正确处理哪些地方地方海量数据,美国麻省理工学院等机构的科学家开发了新算法,以加快数据分析。

在射电天文学中,由望远镜检测到无线电波,其频率将入射光以波的形式记录,其幅度和相位以电压形式测出。在对这次拍摄的主角——M87进行观测时,每个望远镜都以电压的形式接收数据流,用数字形式表示。

每台望远镜都记录了大慨1 PB( 80 万GB)的总数据。

在观测刚开始后,每个观测站点的研究人员收拾起成堆的硬盘,并快递给美国麻省的Haystack天文台和德国马普射电天文学研究所。(在数据量没办法 巨大的情況下,用快递空运硬盘要比电子办法传输数据快得多)

这有三个白 天文台(所)有强大的深层专业化的超级计算机,计算机一次要能正确处理有三个白 数据流。

机会每台望远镜在EHT的虚拟无线电盘上地处不同位置,后会 它呈现的目标物体的视图会略有不同,这里的目标就是 M87。由有三个白 单独的望远镜接收的数据能要能编码黑洞的之类信号,但也该人涵盖特定于每台望远镜的噪声。

超级计算机中的相关器将来自EHT的三个白望远镜的每对机会的数据排成一行。通过比较,在数学上消除噪音,挑出黑洞的信号。每台望远镜上安装的高精度原子钟会为输入数据加在时间戳,让分析人员要能在事后对数据流进行匹配。

后会 ,Haystack天文台和马普射电天文学研究所的研究人员刚开始了“关联”数据的艰大发十分快三苦过程,识别来自不同望远镜的一系列问题,修复哪些地方地方问题并重新运行相关器,直到数据通过严格验证。已经 ,哪些地方地方数据会被发送至全球三个白独立的团队,哪些地方地方团队的任务是使用独立的技术由数据生成图像。

以下是从“拍照片”到“洗照片”的流程:

爱因斯坦的胜利

1915 年,爱因斯坦提出广义相对论,给出了后世皆知的爱因斯坦场方程。

1916 年,德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的有三个白 真空解,表明机会将大量物质集中于空间有些,其随近会产生奇异的问题,即在质点随近地处有三个白 界面——事件视界面,一旦进入界面,即使光也无法逃脱,美国物理学家约翰·惠勒将之形象地称为“黑洞”。

自史瓦西得到黑洞的第有三个白 解已经 ,有些物理学家也刚开始投身到对什儿 “不可思议的天体”的研究中。 20 世纪 80 年代,美国的“原子弹之父”奥本海默研究发现,恒星在一定环境下能要能坍缩形成黑洞,什儿 观点在近几十年的数值计算中得到了证实。

随着天文观测技术的发展,对于天体的研究显然不必仅仅等待在计算的层面。但问题是,黑洞不同于有些天体,它既然连光都能吞噬,人类又怎能在茫茫宇宙中发现黑洞呢?

科学家可通过测量黑洞对随近天体的作用和影响,如吸积盘、喷流问题等,间接观测或推测黑洞的地处。物质在被吞噬时,会沿螺旋状轨道靠近并落入中心的黑洞,从而在黑洞随近形成圆盘状的吸积盘。在黑洞的引力下,吸积盘内物质落入黑洞的速率单位极快,物质之间的摩擦使它被加热至数十亿度的高温,从而发出辐射。

黑洞“吸食”随近的天体物质时,累积甲烷气体在被“吃”已经 会沿着旋轴的方向喷射出高能粒子,这便是喷流。

后会 ,越多黑洞被一群人都观测到,也证明了一百多年前爱因斯坦的广义相对论。