我们可能很快就能拍下第一张真实的黑洞照片

得益于一项全球性的新算法

人类从未真正用肉眼看到过黑洞。麻省理工学院研究生凯蒂·布曼(Katie Bouman)和她的团队创造的新计算机算法有望改变这一状况。

由于黑洞异常小,我们需要一个巨大的望远镜来观测它们。根据《BBC新闻》上的一篇文章,我们银河系中心的超大质量黑洞直径仅为太阳的17倍左右,但它却远在25,000光年之外……非常遥远。我们要观测的物体越小、越远,我们就需要越大的望远镜。

“如果有一个地球那么大的望远镜,你就能拍到黑洞的样子了,”布曼告诉《Popular Science》杂志。然而,我们并没有那么大的空间来建造一个望远镜。取而代之的是,由事件视界望远镜项目(Event Horizon Telescope project)运营的一组望远镜同时从分布在全球各地的众多望远镜收集数据,科学家们会将所有数据结合起来,就如同在观测一个巨大的望远镜,这种方法被称为甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,简称VLBI)。下一个问题是如何将这些由于我们自身大气层干扰而产生的、在不同时间接收到的混乱数据转化为清晰的图像。

麻省理工学院团队的CHIRP(Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors)算法旨在解决这个问题。CHIRP利用了来自太空的许多其他图像作为参考,构建一种能够最好地匹配望远镜数据的马赛克。虽然也有其他算法可以解析VLBI数据,但它们生成的图像模糊不清,或者难以处理大量的VLBI数据。CHIRP擅长辨别哪些是真正重要的数据,哪些是无用的数据,并且在将练习数据转化为清晰图像方面优于竞争对手。

科学家们期待着获取所有的事件视界望远镜数据,并将继续更新他们的算法以包含其他因素,例如黑洞随时间的变化,或它们的磁场。“最终,我们或许能够制作出黑洞吞噬物质的电影,”参与该论文的迈克尔·约翰逊(Michael Johnson)告诉《Popular Science》杂志。希望如此。

布曼已将测试数据和其他工具在线发布,有进取心的程序员可以在此尝试创建自己的算法来解压事件视界望远镜的数据。她本人来自计算机而非物理学背景,认为成像黑洞是一个重要问题,可以通过非物理学家的帮助来解决。

“最终,我希望能够激发计算成像和计算机视觉领域的同行们也来研究这个问题。”

研究人员将在六月的计算机视觉和模式识别会议(Computer Vision and Pattern Recognition conference)上展示他们的算法。

 

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