科學(xué)家利用人工智能重建銀河系超大質(zhì)量黑洞爆發(fā)的高能耀斑

 人參與 | 時(shí)間：2025-11-22 21:02:42
科學(xué)家利用人工智能重建銀河系超大質(zhì)量黑洞爆發(fā)的科學(xué)高能耀斑
（左）銀河系中心超大質(zhì)量黑洞人馬座A*（右）Sgr A*周?chē)叩?D模擬照片（圖片來(lái)源：uux.cn/EHT Collaboration/Aviad Levis）
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（Robert Lea）：科學(xué)家們使用人工智能構(gòu)建了銀河系中心黑洞人馬座a*（Sgr a*）周?chē)l(fā)生的高能爆發(fā)或耀斑的三維模型。這個(gè)3D模型可以幫助科學(xué)家更清晰地了解超大質(zhì)量黑洞周?chē)纬傻募依▌?dòng)蕩環(huán)境。
圍繞Sgr A*旋轉(zhuǎn)的用人成都成華小妹按摩vx《192-1819-1410》提供外圍女上門(mén)服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)物質(zhì)存在于一個(gè)被稱(chēng)為“吸積盤(pán)”的扁平結(jié)構(gòu)中，該結(jié)構(gòu)可以周期性地耀斑。工智這些耀斑發(fā)生在一系列波長(zhǎng)的重能耀光中，從高能X射線(xiàn)到低能紅外光和無(wú)線(xiàn)電波。河系黑洞
超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬表明，質(zhì)量阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）在2017年4月11日看到的爆發(fā)斑耀斑源于Sgr a*吸積盤(pán)中的兩個(gè)致密物質(zhì)亮點(diǎn)，這兩個(gè)亮點(diǎn)都面向地球?？茖W(xué)這些亮點(diǎn)圍繞著質(zhì)量約為太陽(yáng)420萬(wàn)倍的家利建超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)，而黑洞的用人距離約為地球和太陽(yáng)距離的一半。大約4700萬(wàn)英里（7500萬(wàn)公里）。工智
根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)以3D方式重建這些耀斑絕非易事。重能耀成都成華小妹按摩vx《192-1819-1410》提供外圍女上門(mén)服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)為了解決這個(gè)問(wèn)題，河系黑洞由加州理工學(xué)院科學(xué)家Aviad Levis領(lǐng)導(dǎo)的質(zhì)量團(tuán)隊(duì)提出了一種名為“軌道偏振斷層掃描”的新成像技術(shù)。這種方法與全球醫(yī)院進(jìn)行的醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）沒(méi)有什么不同。
Levis告訴Space.com：“銀河系中心周?chē)闹旅軈^(qū)域是一個(gè)極端的地方，在這里，熱的磁化氣體以相對(duì)論速度（接近光速）繞著超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行。這種獨(dú)特的環(huán)境為被稱(chēng)為耀斑的高能?chē)姲l(fā)提供了動(dòng)力，耀斑會(huì)在X射線(xiàn)、紅外和無(wú)線(xiàn)電波長(zhǎng)下留下觀測(cè)特征。最近，理論家們提出了這種耀斑出現(xiàn)的幾種機(jī)制，其中之一是通過(guò)吸積盤(pán)中突然形成的極其明亮、致密的區(qū)域?！?br>他補(bǔ)充道，這項(xiàng)工作的關(guān)鍵結(jié)果是，在探測(cè)到耀斑后，Sgr A*周?chē)鸁o(wú)線(xiàn)電亮度的3D結(jié)構(gòu)可能會(huì)直接恢復(fù)。
從單個(gè)像素構(gòu)建黑洞
Levis說(shuō)：“Sgr A*位于我們銀河系的中心，是距離我們最近的超大質(zhì)量黑洞，也是研究此類(lèi)耀斑的主要候選者?！?。“要有效地做到這一點(diǎn)，當(dāng)ALMA觀測(cè)與耀斑重合時(shí)，你仍然需要運(yùn)氣。”
他解釋說(shuō)，2017年4月11日，ALMA在X射線(xiàn)拍攝到一次劇烈噴發(fā)后直接觀察到了Sgr A*。ALMA獲得的無(wú)線(xiàn)電數(shù)據(jù)具有一個(gè)周期性信號(hào)，與Sgr a*周?chē)壍赖念A(yù)期信號(hào)一致。
Levis補(bǔ)充道：“這促使我們開(kāi)發(fā)了一種計(jì)算方法，可以從ALMA觀測(cè)到的時(shí)間序列數(shù)據(jù)中提取3D結(jié)構(gòu)。”?！芭cSgr A*的事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT）2D圖像相比，我們對(duì)恢復(fù)3D體積感興趣，為此，我們依賴(lài)于對(duì)光如何在黑洞的強(qiáng)大引力場(chǎng)中沿著彎曲軌跡傳播的物理建模?！?br>科學(xué)家利用人工智能重建銀河系超大質(zhì)量黑洞爆發(fā)的高能耀斑
銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞Sgr A*首次在偏振光中出現(xiàn)。（圖片來(lái)源：uux.cn/EHT Collaboration）
為了實(shí)現(xiàn)他們的結(jié)果，科學(xué)家們研究了源自阿爾伯特·愛(ài)因斯坦1915年引力理論廣義相對(duì)論的物理學(xué)，然后將這些關(guān)于超大質(zhì)量黑洞的概念應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。然后，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)被用來(lái)創(chuàng)建Sgr a*模型。
Levis說(shuō)：“這項(xiàng)工作是天文學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家之間的獨(dú)特合作，他們從人工智能和引力物理領(lǐng)域推進(jìn)了尖端計(jì)算工具，在首次嘗試揭示Sgr a*周?chē)?D無(wú)線(xiàn)電發(fā)射結(jié)構(gòu)時(shí)，每一種工具都貢獻(xiàn)了整體的重要組成部分?！??！敖Y(jié)果不是一張普通意義上的照片；相反，它是一張從時(shí)間序列觀測(cè)中提取的計(jì)算3D圖像，通過(guò)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與氣體如何繞黑洞運(yùn)行以及同步輻射在這個(gè)過(guò)程中如何發(fā)射的預(yù)期物理約束在一起?！?br>他解釋說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算將3D“排放物”放置在Sgr A*周?chē)能壍郎?，從任意結(jié)構(gòu)開(kāi)始。通過(guò)光線(xiàn)追蹤，即對(duì)光的物理行為的圖形模擬，Levis及其同事能夠模擬ALMA在未來(lái)如何看到Sgr A*周?chē)慕Y(jié)構(gòu)。這些模型在耀斑發(fā)生10分鐘后開(kāi)始，然后是20分鐘后，30分鐘后，以此類(lèi)推。
Levis補(bǔ)充道：“神經(jīng)輻射場(chǎng)和一般相對(duì)論射線(xiàn)追蹤技術(shù)為我們提供了一種開(kāi)始改變3D結(jié)構(gòu)的方法，直到模型與觀測(cè)結(jié)果相匹配。”。
研究小組發(fā)現(xiàn)，這提供了關(guān)于Sgr A*周?chē)h(huán)境的結(jié)論，這些結(jié)論確實(shí)是理論預(yù)測(cè)的，表明亮度集中在吸積盤(pán)中的幾個(gè)小區(qū)域。盡管如此，這項(xiàng)工作的某些方面還是讓萊維斯和團(tuán)隊(duì)其他成員感到驚訝。
研究人員說(shuō)：“最大的驚喜是，我們能夠從光曲線(xiàn)觀測(cè)中恢復(fù)3D結(jié)構(gòu)……本質(zhì)上是一個(gè)閃爍像素的視頻。”?！跋胂肟矗喝绻腋嬖V你，你可以從一個(gè)像素恢復(fù)視頻，你會(huì)說(shuō)這聽(tīng)起來(lái)幾乎不可能。關(guān)鍵是我們沒(méi)有恢復(fù)任意的視頻。”。
“我們正在恢復(fù)黑洞周?chē)l(fā)射的3D結(jié)構(gòu)，我們可以利用預(yù)期的引力和發(fā)射物理來(lái)約束我們的重建?！?br>Levis補(bǔ)充道，ALMA不僅測(cè)量光的強(qiáng)度，還測(cè)量光的偏振，這一事實(shí)為研究小組提供了一個(gè)信息豐富的信號(hào)，提供了關(guān)于Sgr a周?chē)呷S結(jié)構(gòu)的線(xiàn)索*
Levis表示，未來(lái)他和團(tuán)隊(duì)打算在改變用于約束人工智能的物理參數(shù)的同時(shí)進(jìn)行模擬。
Levis總結(jié)道：“這些結(jié)果是令人興奮的第一步，它依賴(lài)于這樣一種信念，即Sgr A*是一個(gè)黑洞，其環(huán)境遵循規(guī)定的引力和發(fā)射模型；我們的結(jié)果的準(zhǔn)確性取決于這些假設(shè)的有效性?！??！拔磥?lái)，我們希望放松這些限制，允許偏離預(yù)期的物理。
“我們的方法利用了物理學(xué)和人工智能之間的協(xié)同作用，為新的、令人興奮的問(wèn)題打開(kāi)了大門(mén)，這些問(wèn)題的答案將繼續(xù)推動(dòng)我們對(duì)黑洞和宇宙的理解。”
該團(tuán)隊(duì)的研究于周一（4月22日）發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上。 頂: 2踩: 92