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科學家利用人工智能重建銀河系超大質量黑洞爆發的高能耀斑

發表于 2025-12-12 02:56:32 來源：桑間濮上網

（左）銀河系中心超大質量黑洞人馬座A*（右）Sgr A*周圍耀斑的3D模擬照片（圖片來源：uux.cn/EHT Collaboration/Aviad Levis）
（神秘的地球uux.cn）據美國太空網（Robert Lea）：科學家們使用人工智能構建了銀河系中心黑洞人馬座a*（Sgr a*）周圍發生的高能爆發或耀斑的三維模型。這個3D模型可以幫助科學家更清晰地了解超大質量黑洞周圍形成的家利建動蕩環境。
圍繞Sgr A*旋轉的用人長春九臺外圍大學生提供全國外圍女上門1662+044-1662提供全國外圍女上門.物質存在于一個被稱為“吸積盤”的扁平結構中，該結構可以周期性地耀斑。工智這些耀斑發生在一系列波長的重能耀光中，從高能X射線到低能紅外光和無線電波。河系黑洞
超級計算機模擬表明，質量阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA）在2017年4月11日看到的爆發斑耀斑源于Sgr a*吸積盤中的兩個致密物質亮點，這兩個亮點都面向地球。科學這些亮點圍繞著質量約為太陽420萬倍的家利建超大質量黑洞旋轉，而黑洞的用人距離約為地球和太陽距離的一半。大約4700萬英里（7500萬公里）。工智
根據觀測數據以3D方式重建這些耀斑絕非易事。重能耀長春九臺外圍大學生提供全國外圍女上門1662+044-1662提供全國外圍女上門.為了解決這個問題，河系黑洞由加州理工學院科學家Aviad Levis領導的質量團隊提出了一種名為“軌道偏振斷層掃描”的新成像技術。這種方法與全球醫院進行的醫學計算機斷層掃描（CT）沒有什么不同。
Levis告訴Space.com：“銀河系中心周圍的致密區域是一個極端的地方，在這里，熱的磁化氣體以相對論速度（接近光速）繞著超大質量黑洞運行。這種獨特的環境為被稱為耀斑的高能噴發提供了動力，耀斑會在X射線、紅外和無線電波長下留下觀測特征。最近，理論家們提出了這種耀斑出現的幾種機制，其中之一是通過吸積盤中突然形成的極其明亮、致密的區域。”
他補充道，這項工作的關鍵結果是，在探測到耀斑后，Sgr A*周圍無線電亮度的3D結構可能會直接恢復。
從單個像素構建黑洞
Levis說：“Sgr A*位于我們銀河系的中心，是距離我們最近的超大質量黑洞，也是研究此類耀斑的主要候選者。”。“要有效地做到這一點，當ALMA觀測與耀斑重合時，你仍然需要運氣。”
他解釋說，2017年4月11日，ALMA在X射線拍攝到一次劇烈噴發后直接觀察到了Sgr A*。ALMA獲得的無線電數據具有一個周期性信號，與Sgr a*周圍軌道的預期信號一致。
Levis補充道：“這促使我們開發了一種計算方法，可以從ALMA觀測到的時間序列數據中提取3D結構。”。“與Sgr A*的事件視界望遠鏡（EHT）2D圖像相比，我們對恢復3D體積感興趣，為此，我們依賴于對光如何在黑洞的強大引力場中沿著彎曲軌跡傳播的物理建模。”
科學家利用人工智能重建銀河系超大質量黑洞爆發的高能耀斑

銀河系中心的超大質量黑洞Sgr A*首次在偏振光中出現。（圖片來源：uux.cn/EHT Collaboration）
為了實現他們的結果，科學家們研究了源自阿爾伯特·愛因斯坦1915年引力理論廣義相對論的物理學，然后將這些關于超大質量黑洞的概念應用到神經網絡中。然后，這個網絡被用來創建Sgr a*模型。
Levis說：“這項工作是天文學家和計算機科學家之間的獨特合作，他們從人工智能和引力物理領域推進了尖端計算工具，在首次嘗試揭示Sgr a*周圍的3D無線電發射結構時，每一種工具都貢獻了整體的重要組成部分。”。“結果不是一張普通意義上的照片；相反，它是一張從時間序列觀測中提取的計算3D圖像，通過將神經網絡與氣體如何繞黑洞運行以及同步輻射在這個過程中如何發射的預期物理約束在一起。”
他解釋說，該團隊通過計算將3D“排放物”放置在Sgr A*周圍的軌道上，從任意結構開始。通過光線追蹤，即對光的物理行為的圖形模擬，Levis及其同事能夠模擬ALMA在未來如何看到Sgr A*周圍的結構。這些模型在耀斑發生10分鐘后開始，然后是20分鐘后，30分鐘后，以此類推。
Levis補充道：“神經輻射場和一般相對論射線追蹤技術為我們提供了一種開始改變3D結構的方法，直到模型與觀測結果相匹配。”。
研究小組發現，這提供了關于Sgr A*周圍環境的結論，這些結論確實是理論預測的，表明亮度集中在吸積盤中的幾個小區域。盡管如此，這項工作的某些方面還是讓萊維斯和團隊其他成員感到驚訝。
研究人員說：“最大的驚喜是，我們能夠從光曲線觀測中恢復3D結構……本質上是一個閃爍像素的視頻。”。“想想看：如果我告訴你，你可以從一個像素恢復視頻，你會說這聽起來幾乎不可能。關鍵是我們沒有恢復任意的視頻。”。
“我們正在恢復黑洞周圍發射的3D結構，我們可以利用預期的引力和發射物理來約束我們的重建。”
Levis補充道，ALMA不僅測量光的強度，還測量光的偏振，這一事實為研究小組提供了一個信息豐富的信號，提供了關于Sgr a周圍耀斑三維結構的線索*
Levis表示，未來他和團隊打算在改變用于約束人工智能的物理參數的同時進行模擬。
Levis總結道：“這些結果是令人興奮的第一步，它依賴于這樣一種信念，即Sgr A*是一個黑洞，其環境遵循規定的引力和發射模型；我們的結果的準確性取決于這些假設的有效性。”。“未來，我們希望放松這些限制，允許偏離預期的物理。
“我們的方法利用了物理學和人工智能之間的協同作用，為新的、令人興奮的問題打開了大門，這些問題的答案將繼續推動我們對黑洞和宇宙的理解。”
該團隊的研究于周一（4月22日）發表在《自然天文學》雜志上。

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