2006年開始的一個雄心勃勃的計劃：創(chuàng)造世界上最大的望遠鏡，目標是拍攝黑洞的陰影。隨著觀測數(shù)據(jù)的累積如何分析這個計劃產(chǎn)生的圖象成為研究的重要課題。
行星大小的望遠鏡--事件地平線望遠鏡Event Horizon Telescope(EHT)
事件視界望遠鏡(EHT)是由世界各地的無線電天文臺組合而成。這些天文臺使用非常長的基線干涉測量法將他們的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，創(chuàng)造出一個有效直徑等于地球的虛擬望遠鏡!
圖1截至2017年3月，事件地平線望遠鏡(EHT)和全球mm-VLBI數(shù)組(Global mm-VLBI Array，GMVA)參與望遠鏡的位置。這些望遠鏡計劃拍攝在銀河系中心超大質(zhì)量黑洞事件地平線的陰影。[Credit ESO / O。Furtak]
研究人員希望EHT將有能力拍攝一個吸積黑洞事件地平線的毫米波段無線電波圖像-特別是銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞Sgr A * -以了解黑洞物理和廣義相對論在這個引力怪物深處的具體現(xiàn)像。
現(xiàn)在EHT更接近其目標了，隨著更多望遠鏡加入系統(tǒng)，該計劃將繼續(xù)提高其分辨能力和靈敏度。然而，該計劃的另一個重要研究如何能夠以有意義的方式分析和表現(xiàn)它產(chǎn)生的黑洞圖象。最近，由Lia Medeiros(亞利桑那大學(xué)，加州大學(xué)圣巴巴拉分校)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組已經(jīng)證明，一種新穎的方法-統(tǒng)計研究領(lǐng)域中的主成分分析法-可能可以成為這一研究中的有效工具。
主成分分析法
主成分分析是一種聰明的數(shù)學(xué)方法，允許用戶將一組復(fù)雜的變量觀察轉(zhuǎn)換為其“主成分”。這一過程-通常用于傳統(tǒng)的統(tǒng)計應(yīng)用，如經(jīng)濟學(xué)和金融學(xué)-可以簡化觀察中存在的信息量，并幫助識別可變性。
Medeiros和合作研究者證明，模擬EHT觀測的時間序列-由高保真一般相對論的黑洞磁流體動力學(xué)模擬產(chǎn)生-可以使用主成分分析分解為獨立的“本征圖象”之和。這些本征圖象提供了一種壓縮快照中信息的方法：大多數(shù)快照可以通過對幾十個主要特征圖象求和來再現(xiàn)。
使用主成分分析法將一組圖象分解為獨立的本征圖象的簡單示例。上方是來自在圓形路徑上移動的高斯點的簡單模型的快照。主成分分析分解的前四個分量-四個主要的本征圖象-顯示在下方，用相應(yīng)的特征值標記。摘自：TheAstrophysical Journal，Volume 864，Number 1，Lia Medeiros et al.
探索穩(wěn)定和可變流量
如果來自黑洞模擬的圖象可以用本征圖象的總和來表示，那么EHT產(chǎn)生的實際觀測值也可以。通過在這個特征圖象框架內(nèi)比較兩組觀察結(jié)果-真實和模擬-將能夠更好地理解EHT觀察到的成分。主成分分析的數(shù)學(xué)可分析稀疏干涉數(shù)據(jù)，比如EHT觀測的結(jié)果。
來自模擬的典型快照(頂部)，然后是來自前導(dǎo)10,40和100個本征圖象的快照的三種不同重建。摘自：The Astrophysical Journal，Volume 864，Number 1，Lia Medeiros et al.
識別出前導(dǎo)特征圖象中未能良好分辨的圖象同樣扮演重要角色。這些離散的圖象可以指示黑洞周圍的燃燒或其他可變現(xiàn)象，識別出出現(xiàn)這種情況的時刻亦將有助于更好地理解黑洞周圍吸積流的物理特性。
請留意EHT的第一批圖片，期待很快就會有所成果-主成分分析很有可能幫助我們理解它們!
黑洞 責(zé)編：微科普