IT之家 4 月 13 日消息，黑洞是一種引力極強(qiáng)的天體，它們的質(zhì)量非常大，但體積非常小，以至于連光都無(wú)法逃逸�？茖W(xué)家認(rèn)為，幾乎每個(gè)大型星系的中心都有一個(gè)超級(jí)大質(zhì)量黑洞，它們的質(zhì)量相當(dāng)于數(shù)十萬(wàn)到數(shù)十億個(gè)太陽(yáng)。超級(jí)大質(zhì)量黑洞通過(guò)吞噬周?chē)臍怏w來(lái)釋放巨大的能量，形成活躍星系核和類(lèi)星體。
2019 年，事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）合作組織公布了人類(lèi)歷史上第一張直接拍攝的黑洞照片。這張照片展示了距離地球 5500 萬(wàn)光年、質(zhì)量相當(dāng)于 65 億個(gè)太陽(yáng)的 M87 星系中心的超級(jí)大質(zhì)量黑洞。我們看到的是一個(gè)模糊的橙色圓環(huán)，它是由被加熱到極高溫度并以接近光速旋轉(zhuǎn)的氣體發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電波組成的。圓環(huán)中間的黑色區(qū)域就是黑洞的事件視界和其陰影�，F(xiàn)在這個(gè)光環(huán)更加清晰了，從模糊甜甜圈變成了細(xì)長(zhǎng)光環(huán)，這是因?yàn)橐环N叫做 PRIMO 的機(jī)器學(xué)習(xí)工具的應(yīng)用。
模糊的黑洞圖像沒(méi)有展示出 EHT 望遠(yuǎn)鏡陣列的最高分辨率，因?yàn)樗怯煞植荚谌虿煌攸c(diǎn)的七個(gè)望遠(yuǎn)鏡收集到的數(shù)據(jù)拼接而成的，數(shù)據(jù)之間有一些缺失。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一支研究團(tuán)隊(duì)利用了一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，叫做主成分干涉成像模型（PRIMO），來(lái)“填補(bǔ) M87 圖像中的空白”，并首次將 EHT 望遠(yuǎn)鏡陣列提升到了最大分辨率。
據(jù)IT之家了解，PRIMO 技術(shù)是通過(guò)字典學(xué)習(xí)（Dictionary Learning）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它可以讓計(jì)算機(jī)根據(jù)大量的訓(xùn)練材料來(lái)生成規(guī)則。研究團(tuán)隊(duì)向 PRIMO 輸入了 3 萬(wàn)張高保真度的模擬黑洞圖像，涵蓋了各種理論預(yù)測(cè)下黑洞如何吸積物質(zhì)的情況。PRIMO 通過(guò)尋找模式來(lái)識(shí)別黑洞，并根據(jù)它們?cè)谀M中出現(xiàn)的頻率進(jìn)行排序。然后，這些模式就可以結(jié)合 EHT 圖像來(lái)生成一張更高清晰度的 M87 黑洞圖像，并揭示出望遠(yuǎn)鏡陣列可能遺漏的結(jié)構(gòu)。
這張經(jīng)過(guò) PRIMO 處理后的圖像與 EHT 數(shù)據(jù)和理論黑洞模型相符合。這些模型解釋說(shuō)，我們看到的明亮圓環(huán)是由于氣體受到黑洞強(qiáng)大引力作用而加速到接近光速，并因此被加熱并發(fā)光，在黑洞無(wú)法逃逸光線(xiàn)的邊界 事件視界附近旋轉(zhuǎn)。
“在 2019 年 EHT 公布了第一張視界尺度下黑洞圖像之后，我們又邁出了一個(gè)里程碑，首次產(chǎn)生了利用陣列全部分辨率能力得到的圖像”，該項(xiàng)目研究人員 Psaltis 表示，“我們開(kāi)發(fā)的新機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)為我們的集體工作提供了一個(gè)了解黑洞物理的黃金機(jī)會(huì)。”
研究小組成員說(shuō)，使用 PRIMO 來(lái)提高 EHT 圖像的分辨率，可以幫助更好地完善對(duì)這兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞特征的估計(jì)，包括它們的質(zhì)量、大小以及它們吞噬物質(zhì)的速度。新的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)也可以應(yīng)用于其他的觀(guān)測(cè)，比如 EHT 在 2022 年拍攝的人馬座 A 的圖像，這是位于我們銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞。
這項(xiàng)新的研究今天（4 月 13 日）在線(xiàn)發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志通訊》上。
