银河快报

前天刷到银河系中心黑洞发布会的PPT,我现在还没缓过来

事情的起因是这样的,我本来只是想找找今晚吃什么,结果算法把我推进了那个发布会的直播间回放,画面正中是一张深空背景,上面打着一行字:银河系中心黑洞——人马座A*首张图像发布,说实话,当时我筷子夹着的肉丸子直接掉回了碗里。

前天刷到银河系中心黑洞发布会的PPT,我现在还没缓过来

你可能没太注意这条新闻,毕竟去年它刚出来的时候,大家都在讨论上海的那段时间,但那个PPT里的每一页,都让我有一种在看科幻片设定集的感觉,我忍不住来回拖进度条,就为了把那几张图截下来仔细看看。

一张照片拍了五年,PPT里藏着什么

发布会的主讲人是个头发灰白的天文学家,他翻到第三张幻灯片的时候,整个会场安静了两秒,屏幕上出现了那个橙红色甜甜圈——跟2019年M87黑洞的造型如出一辙,但这次,它是我们自家星系的老大。

我后来去翻了《天体物理学杂志通信》的特刊,那几篇论文里的数据比发布会PPT详细得多,但PPT有一个好处——它把最核心的东西拎出来了,比如这张表,我看完才真正理解这事儿有多离谱:

参数 数值 我的通俗理解
质量 约400万个太阳质量 把太阳放秤上,乘以400万次
距离地球 约27000光年 光都要跑两万七千年
事件视界直径 约2400万公里 能装下整个水星轨道还多
观测波长 3毫米 比微波炉的波长还短

你看最后那行——观测波长1.3毫米,这意味着他们用的是一台虚拟的地球尺寸望远镜,把全球八个射电天文台连成一个整体,才勉强分辨出两万七千光年外那个甜甜圈的轮廓,PPT里管这个叫甚长基线干涉测量,我念了三遍才捋顺。

为什么是“人马座A*”这么奇怪的名字

发布会上有一页专门讲命名由来,我笑得差点呛到,人马座A(读作A-star)其实是个历史遗留问题,早年间射电天文学家发现人马座方向有个很强的射电源,给它起名叫人马座A,后来发现这个射电源的核心位置有个极其致密的天体,就在字母A后面加了个星号——人马座A*,就这么随意,跟给文件重命名似的在后面加个星号。

PPT里用了一个很妙的比喻:你站在纽约时代广场,要看清洛杉矶一枚硬币上雕的花纹——这就是拍摄人马座A*的难度,我试想了一下那个画面,发现根本想象不出来,因为两地隔着四千多公里,而硬币直径才两厘米。

那三张PPT看得我后背发凉

是这么三张图,第一张是模拟图,黑洞周围的气体被引力搅成漩涡状,像一个烧红的铁水漩涡,第二张是实际观测数据经过成像算法处理后的结果——暗影三个亮斑,第三张是最终发布的甜甜圈图像,三个亮斑被进一步处理成完整光环的形态。

为什么是三个亮斑而不是一个完整圆圈?因为黑洞周围的磁场和等离子体湍流在作祟,亮度分布不均匀,PPT里那位天文学家说了一句让我起鸡皮疙瘩的话:“我们看到的光,在出发之前已经在吸积盘里转了一百多圈。”

一百多圈,那些光子挣扎了不知道多久,最后有一部分恰好朝着地球方向逃逸出来,又飞了两万七千年,恰好撞进事件视界望远镜的接收器里,而接收这些信号的时刻,人类刚好处在恰好有能力处理它们的年代。

前天刷到银河系中心黑洞发布会的PPT,我现在还没缓过来

那张全球望远镜分布的PPT标着八个地点:夏威夷、亚利桑那、墨西哥、智利、西班牙、法国、格陵兰、南极,每一个站点都在特定的时间窗口对准同一片天空,硬盘装满数据后,用飞机运回美国麻省的总部进行相关处理——因为数据量太大了,根本不可能靠网络传输,处理这些数据的硬盘加起来有五吨重,我算了一下,大概是我家冰箱装满二十多次。

乌尔比纳提算法和那个三分钟的决定

这个细节是我后来查资料时发现的,发布会上轻描淡写提了一句“成像算法”,但背后的故事很值得一说,EHT合作组为了公平验证,把观测数据分成四组,交给四支独立团队分别成像,有个叫凯蒂·伯曼的年轻女科学家带头开发了其中一种算法,后来被叫做乌尔比纳提算法。

四支团队背对背搞了几个月,约好同一天揭晓结果,揭开的那一刻,四个屏幕上出现了几乎一模一样的环形结构,据说在场有人当场就哭了,我试着想象那个画面——你花了几年时间用五种不同的数学路径去解同一道题,然后发现每一条路都通向同一个目的地,这种确定性带来的震撼,大概不亚于第一次看到黑洞图像本身。

还有一件事,黑洞周围的气体绕一圈本来需要更长时间,但因为靠近光速旋转的参考系拖曳效应,实际周期被压缩到了三分钟左右,你在PPT里看到的那个甜甜圈,其实每三分钟刷新一次形态,发布会上的团队打了个比方:就像用长曝光拍夜间的车河,最后得到的是一团模糊的光带,但你心里清楚那里面裹着无数辆正在飞驰的车。

写到这儿我看了眼时间,快凌晨一点了,窗外路灯的光打在对面楼的墙上,有那么一瞬间,我忽然觉得那团光斑跟甜甜圈的形状有点像,然后想起自己三百六十五天可能都没抬头认真看过一次夏夜的银河,它就在头顶上,中间藏着一个四百万倍太阳质量的巨兽,而我们最近刚刚拿到了它的自拍——居然还是在PPT里看到的。

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