科学家利用人工智能重建银河系超大质量黑洞爆发的高能耀斑

这个3D模型可以帮助科学家更清晰地了解超大质量黑洞周围形成的动荡环境。

围绕Sgr A*旋转的物质存在于一个被称为吸积盘的扁平结构中，该结构可以周期性地耀斑。

这些耀斑发生在一系列波长的光中，从高能X射线到低能红外光和无线电波。

超级计算机模拟表明，阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）在2017年4月11日看到的耀斑源于Sgr a*吸积盘中的两个致密物质亮点，这两个亮点都面向地球。

这些亮点围绕着质量约为太阳420万倍的超大质量黑洞旋转，而黑洞的距离约为地球和太阳距离的一半。

大约4700万英里（7500万公里）。

根据观测数据以3D方式重建这些耀斑绝非易事。

为了解决这个问题，由加州理工学院科学家Aviad Levis领导的团队提出了一种名为轨道偏振断层扫描的新成像技术。

这种方法与全球医院进行的医学计算机断层扫描（CT）没有什么不同。

Levis告诉Space.com：银河系中心周围的致密区域是一个极端的地方，在这里，热的磁化气体以相对论速度（接近光速）绕着超大质量黑洞运行。

这种独特的环境为被称为耀斑的高能喷发提供了动力，耀斑会在X射线、红外和无线电波长下留下观测特征。

最近，理论家们提出了这种耀斑出现的几种机制，其中之一是通过吸积盘中突然形成的极其明亮、致密的区域。

他补充道，这项工作的关键结果是，在探测到耀斑后，Sgr A*周围无线电亮度的3D结构可能会直接恢复。

从单个像素构建黑洞Levis说：Sgr A*位于我们银河系的中心，是距离我们最近的超大质量黑洞，也是研究此类耀斑的主要候选者。

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要有效地做到这一点，当ALMA观测与耀斑重合时，你仍然需要运气。

他解释说，2017年4月11日，ALMA在X射线拍摄到一次剧烈喷发后直接观察到了Sgr A*。

ALMA获得的无线电数据具有一个周期性信号，与Sgr a*周围轨道的预期信号一致。

Levis补充道：这促使我们开发了一种计算方法，可以从ALMA观测到的时间序列数据中提取3D结构。

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与Sgr A*的事件视界望远镜（EHT）2D图像相比，我们对恢复3D体积感兴趣，为此，我们依赖于对光如何在黑洞的强大引力场中沿着弯曲轨迹传播的物理建模。

银河系中心的超大质量黑洞Sgr A*首次在偏振光中出现。

（图片uux.cn/EHT Collaboration）为了实现他们的结果，科学家们研究了源自阿尔伯特·爱因斯坦1915年引力理论广义相对论的物理学，然后将这些关于超大质量黑洞的概念应用到神经网络中。

然后，这个网络被用来创建Sgr a*模型。

Levis说：这项工作是天文学家和计算机科学家之间的独特合作，他们从人工智能和引力物理领域推进了尖端计算工具，在首次尝试揭示Sgr a*周围的3D无线电发射结构时，每一种工具都贡献了整体的重要组成部分。

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结果不是一张普通意义上的照片；

相反，它是一张从时间序列观测中提取的计算3D图像，通过将神经网络与气体如何绕黑洞运行以及同步辐射在这个过程中如何发射的预期物理约束在一起。

他解释说，该团队通过计算将3D排放物放置在Sgr A*周围的轨道上，从任意结构开始。

通过光线追踪，即对光的物理行为的图形模拟，Levis及其同事能够模拟ALMA在未来如何看到Sgr A*周围的结构。

这些模型在耀斑发生10分钟后开始，然后是20分钟后，30分钟后，以此类推。

Levis补充道：神经辐射场和一般相对论射线追踪技术为我们提供了一种开始改变3D结构的方法，直到模型与观测结果相匹配。

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研究小组发现，这提供了关于Sgr A*周围环境的结论，这些结论确实是理论预测的，表明亮度集中在吸积盘中的几个小区域。

尽管如此，这项工作的某些方面还是让莱维斯和团队其他成员感到惊讶。

研究人员说：最大的惊喜是，我们能够从光曲线观测中恢复3D结构……本质上是一个闪烁像素的视频。

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想想看：如果我告诉你，你可以从一个像素恢复视频，你会说这听起来几乎不可能。

关键是我们没有恢复任意的视频。

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我们正在恢复黑洞周围发射的3D结构，我们可以利用预期的引力和发射物理来约束我们的重建。

Levis补充道，ALMA不仅测量光的强度，还测量光的偏振，这一事实为研究小组提供了一个信息丰富的信号，提供了关于Sgr a周围耀斑三维结构的线索*Levis表示，未来他和团队打算在改变用于约束人工智能的物理参数的同时进行模拟。

Levis总结道：这些结果是令人兴奋的第一步，它依赖于这样一种信念，即Sgr A*是一个黑洞，其环境遵循规定的引力和发射模型；

我们的结果的准确性取决于这些假设的有效性。

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未来，我们希望放松这些限制，允许偏离预期的物理。

我们的方法利用了物理学和人工智能之间的协同作用，为新的、令人兴奋的问题打开了大门，这些问题的答案将继续推动我们对黑洞和宇宙的理解。

该团队的研究于周一（4月22日）发表在《自然天文学》杂志上。

孩子问黑洞是什么？这本《跟着霍金看宇宙》真的能讲明白

你有没有过这种经历——忙完一天刚想歇口气，孩子突然凑过来问一句："妈妈，黑洞真的能把东西吸进去吗？宇宙到底有多大呀？太阳为什么会发光？" 我每次被问到这类问题，都是一脸懵。

说实话，我自己上学那会儿物理就没学明白，时间、空间、引力这些概念，脑子里只剩一团浆糊。

想给孩子讲几句吧，又怕讲错了、误人子弟；不讲吧，又不想打击孩子的好奇心。

尤其现在孩子上了小学中高年级，对科学的好奇心正是最旺盛的时候。

每天追着问"为什么"，那股劲儿其实特别珍贵。

可咱们当家长的，确实不是万能的百科全书，很多科普知识自己都搞不清楚，更别说用孩子能听懂的话讲出来了。

我一开始也想给孩子买书，结果在书店翻了半天，越翻越没底。

那些宇宙科普书，要么是密密麻麻的专业术语，孩子翻两页就没了兴趣；要么图倒是漂亮，讲得却浮于表面，读完啥也没记住。

后来一个当老师的朋友给我推荐了一本《跟着霍金看宇宙》，我拿到手自己先翻了一遍，还真被惊艳到了。

这本书最大的好处，就是它真的站在孩子的认知水平上去讲宇宙，一点不端着。

先说它怎么讲黑洞。

书里没有上来就甩一堆公式，而是从霍金爷爷是怎么发现黑洞、怎么理解黑洞讲起，用特别形象的比喻，让孩子能"看见"黑洞在做什么。

我家孩子看完竟然主动跟我讲"黑洞就像宇宙里的贪吃怪"，虽然不太准确，但那股理解和记忆的劲儿，可比死记硬背强太多了。

再说时间旅行这个更抽象的话题。

很多成年人一听都觉得玄乎，但这本书把它讲得特别接地气。

孩子看完恍然大悟，还跟我说"原来时间也会被引力拉慢呀"。

这种孩子能亲口讲出来的理解，正是我最看重的。

我觉得这本书特别适合几类孩子。

一种是那种天生爱问"为什么"、对天文特别感兴趣的孩子，能给他们一个很扎实的入门；另一种是平时不太爱看书、觉得科学枯燥的孩子，这本书的讲述方式能让他们重新觉得"原来科学这么有意思"；还有一种就是咱们这些想陪孩子一起读、却自己也不太懂的家长，带着孩子一起看，正好补补课，还能顺便聊聊天。

书里的插图也很用心，结构清晰，读起来完全不费劲。

我家孩子现在每天睡前都要主动翻几页，还经常跑来给我"讲课"。

这种亲子共读的时光，可比看平板刷手机有意义多了。

而且这本书的定价也很实在，几十块钱就能给孩子打开一扇望向宇宙的窗，让孩子知道霍金爷爷那些听起来高深的理论，其实离我们并不遥远。

如果你也在为孩子选一本靠谱的宇宙科普入门书，或者发愁怎么跟孩子聊"时间""空间""黑洞"这些话题，我真的挺推荐这一本的。

能让孩子主动读、读得懂、还愿意开口讲的科普书，说实话真不多见。

趁着孩子对宇宙的好奇心正热乎，早一点给他一本合适的读物，早点点燃那颗探索的小火苗，说不定就种下了他未来仰望星空的种子呢。

这本书我自己翻过一遍，之所以敢放心推荐，还有一个很重要的原因——它讲科学，却不只是把知识倒给孩子，而是带着一种"陪孩子一起好奇"的温度。

霍金爷爷那套关于宇宙的想法，在书里被讲得既严谨又好懂，孩子读着不觉得吃力，家长陪着读也不觉得枯燥。

很多家长会纠结，孩子这么小，看这种书是不是太早了？其实恰恰相反，越早接触，越能在孩子心里种下对科学的好感。

等将来上了中学真正学物理的时候，孩子想起小时候读过的这本书，那些抽象的概念就会变得亲切起来，学起来也更省力。

如果要说一点小小的不足，那就是这本书需要家长稍微陪读几页，帮孩子把节奏带起来。

不过一旦孩子自己入了迷，后面你就会发现他根本停不下来了，天天追着你讨论外星人存不存在、宇宙有没有尽头。

总的来说，一本能让孩子主动去翻、读得懂又愿意开口讲的宇宙科普书，真的很难得。

如果你也想让孩子在这个好奇心爆棚的年纪，接触一点真正有意思、也有营养的知识，这本《跟着霍金看宇宙》是个非常不错的开始。

趁孩子这份好奇心还在，早一点把这本书带回家，说不定哪一天，他抬起头看星空的眼神，就不一样了。

竟然对折宇宙！虫洞居然连接星系，由此触摸另一个星系的春天

深邃的宇宙背景之上，一幅关于时空终极奥秘的蓝图被徐徐展开，顶部的发问“虫洞能否连接两个星系？”直击人类探索深空的核心渴望。

这幅由“Science Of Infinity”呈现的科幻科普视觉图，以经典的“爱因斯坦-罗森桥”概念为骨架，将抽象的广义相对论具象化为一场跨越星海的视觉奇观。

画面上下各悬浮着一个壮丽的旋涡星系，标注为“星系1”与“星系2”，它们并非孤立存在，而是被一种超越常规物理距离的神秘结构紧密相连，瞬间将观者拉入星际穿越的宏大叙事之中。

时空的舞台由蓝色的网格线勾勒，这便是“时空结构”的具象表达。

在常规认知中，时空是平滑的织物，但图中它因极端质量而剧烈弯曲，形成一条漏斗状的捷径。

上方星系的核心处，一个散发着炽热橙红色光晕的黑洞作为“入口点”出现，其强大的引力场吞噬着周围一切，成为这条宇宙隧道的起点。

时空网格在此处急剧下陷，顺势延伸至画面中央，那里幽蓝与紫光交织的狭窄通道正是“虫洞”本身，它像一座桥梁穿透了时空的褶皱，理论上为跨越光年尺度的航行提供了可能，让原本遥不可及的两个遥远星系拥有了瞬间连通的契机。

穿过虫洞的奇点，时空结构在下方再次舒展，迎接旅者的是标注为“白洞”的出口点。

与黑洞的吞噬截然相反，白洞喷射出耀眼的蓝白色光芒，仿佛将物质与能量从另一端点强制释放，完成这场穿越的终章。

从星系1的黑洞入口，经由扭曲的时空咽喉，再到星系2的白洞出口，整个结构呈现出一种对称而诡谲的美感。

它生动地隐喻了宇宙中可能存在的“拓扑捷径”，即无需在三维空间中航行亿万光年，而是直接弯曲并穿透四维时空，实现超距连接。

尽管这幅图像充满视觉震撼与科学美感，它本质上仍是对理论物理的艺术化演绎。

现实中，虫洞的稳定性、负能量物质的存在以及穿越其中的物理极限，仍是未解之谜。

然而，正是这种科学与想象的碰撞，赋予了画面无穷的吸引力。

它不仅是一张图解，更是一首关于宇宙探索的史诗，激发着我们对星辰大海的无尽遐想，提醒着在人类认知的边界之外，或许正有无数这样的时空隧道，默默串联着宇宙最深处的秘密。