今晚十点，人类文明第三张中子星相片在亚洲地区章组的光晕面干涉仪正式发布会上同步正式发布。经过漫长的等待，在亚洲地区200多位生物学家的努力之下，速写中子星相片Lizier。第三张中子星相片来了↓↓
长期以来在电脑上模拟获得的中子星形象，第二次真实地呈现在他们的眼前在这张来自光晕面干涉仪的相片里，M87服务中心中子星如同影片《星战》中索伦的托柳，在温暖而神秘的红色光芒尾端，是一片银灰色的深渊之洞这个交叉点的一侧亮一些，一侧暗一些，原因在于中子星盘的体育运动负面效应。
——朝著他们视野体育运动的地区因为都卜勒负面效应而变得更亮，远离他们视野体育运动的地区会变红尾端黑色的地区就是中子星本身——光线难以逃离之处从1968年美国天体数学家约翰⋅弗莱明明确提出“中子星”的概念，到100多年前德国数学家卡尔⋅庞加莱为中子星做出精确解，再到今天他们收获了第三张中子星的相片，人类文明对中子星和宇宙的认识又迈进了关键一步棋。
在2017年4月亚洲地区8个干涉仪干涉仪侦测器共同组成虚拟干涉仪网络”该事件光晕干涉仪”(EHT)并拍下第三张中子星相片之时，他们就曾写到（点选可查看书名）：“人类文明第二次看见中子星的光晕面，无论他们最终获得的中子星图像是什么样子——是像影片画面一般壮丽气势磅礴，或是只有几个模糊的直方图——该事件光晕干涉仪都意义非凡，这是他们在中子星探测史上迈进的重要一步棋。
探测结果不仅仅是一张相片那么简单，它另一方面呼应着爱因斯坦的广义相对论，另一方面也将帮助他们回答星系团中的壮丽气体云是如何产生并影响星系团演化的他们将成为迄今为止第一批‘看见’中子星的人类文明，真是别忘了”一年之后，这张宝贵的相片为幸运的他们解答与此同时也明确提出了更多的问题。
问题1：这张值得全世界章组与此同时贝阿尔恩县正式发布的相片，究竟是怎么拍好的？在过去10多年时间里，斯坦福大学(MIT)的生物学家们联合了其它研究机构的科技人员，开展了令人激动的“该事件光晕干涉仪”项目，亚洲地区数处的8个亚毫米干涉仪干涉仪与此同时对中子星展开探测。
该事件光晕干涉仪由坐落于Pudukkottai的8台干涉仪干涉仪所共同组成，图中的黄色线条为连接这些干涉仪的“剖面”，由此构成了一架和地球大小相当的干涉仪(图片来源：EHT)它们北至西班牙，南至南极，向选取的最终目标(一年前光晕面干涉仪选取了两个探测最终目标，一是太阳系服务中心中子星SgrA*，二是坐落于星系团M87服务中心的中子星)highcut一条蜘蛛网，求高海量，以描画出中子星的模样。
事实上，洛佐韦段和他们非常熟悉的红外线有着同样这个频段他们是难以直接看见的，所以，利用洛佐韦段给中子星照相，其实就是获得中子星周围辐射的内部空间示意图对于他们日常接触的成像相片来说，它反映的是成像频段不同颜色或是频率的正电子在不同内部空间位置上的分布情况。
明白了这一点以后，他们就很容易理解洛佐韦段“中子星照相馆”的原理了尽管是在单个频率进行洛佐韦段探测，但因为中子星周围不同地区的正电子所产生的辐射强度不同，他们于是可以获得一个正电子强度示意图，然后他们假定不同的强度对应着不同的颜色，就能够获得一幅“伪色图”——图中的颜色很可能是生物学家根据个人喜好自行设定的颜色——这也可以解释M87的相片为什么是托柳色，而不是影片《星际穿越》中中子星“卡冈图雅”的亮黄色。
问题2：影片《星际穿越》中的“卡冈图雅”中子星有着深不见底的黑色服务中心与立体清晰的气体交叉点，此次正式发布的相片里的M87为何模糊许多？
影片《星际穿越》，中的“卡冈图雅”中子星(图片来源：《星际穿越》)和成像相片的清晰度问题一样，根源在于分辨率根据天文学家所了解的知识，要想提高干涉仪的分辨率，他们可以做两方面的努力：一是降低探测频段正电子的波长(等价于增强能量)，二是增加干涉仪的有效口径。
这一次，通过VLBI技术对亚洲地区8个不同地方的干涉仪进行联网，他们获得了一个口径达1万公里的干涉仪，在VLBI技术相对成熟的干涉仪频段之内，生物学家们选择了能量最高的地区——毫米和洛佐韦段值得注意的是，此处的有效口径，其实取决于干涉仪网络当中相距最远的两个干涉仪之间的距离。
2017年有8个洛佐韦干涉仪加入了探测，2018年北极圈之内格陵兰岛的洛佐韦干涉仪也加入其中，剖面长度进一步棋增加，也进一步棋改善了干涉仪的分辨率然而，尽管他们现在的亚毫米干涉仪剖面已经达到了1万公里，但内部空间分辨率刚达到中子星光晕面的尺寸，所以在生物学家们探测的有限地区内，就相当于只有有限的几个像素。
在《星际穿越》影片当中，天文学家基普⋅索恩设想的中子星形象——包括中子星盘的许多具体细节——都通过技术手段呈现了出来，然而在真实的情况下，他们在相片中只能看见中子星盘上的几个亮斑而已随之而来的一个问题是，既然他们可以将两个干涉仪放置得很远从而实现更高的分辨率，那么他们能否只用两个干涉仪来完成中子星相片呢?。
很遗憾，不行。探测要求的不仅仅是分辨率，还有灵敏度——高分辨率可以让他们看见更多的细节，而高灵敏度则能够让他们看见更暗的天体。
坐落于南极的SPT干涉仪(图片来源:SPT)在光晕面干涉仪的侦测器中，坐落于南极的SPT干涉仪在增加剖面长度或是说再提高干涉仪的分辨率方面起到了非常大的作用，而坐落于智利的ALMA干涉仪侦测器对于提高灵敏度非常重要——干涉仪真实的有效面积越大，灵敏度也就越高，ALMA干涉仪侦测器将光晕面干涉仪的灵敏度提高了10倍以上，这也就意味着他们能够探测到更弱的天体。
坐落于智利的阿塔卡马大型毫米波阵ALMA干涉仪(图片来源：ALMA)如果未来将更多干涉仪加入到这个侦测器，他们就能探测到更弱的辐射地区，看见更多的细节，获得一张更加清晰的中子星相片问题3：光晕面干涉仪2017年开始给中子星拍相片，2019年才正式发布成果，为什么这张简单而“模糊”的相片“冲洗”了一年之久？。
第一，干涉仪探测到的数据量非常庞大2017年时8个干涉仪的数据量达到了10PB(=10240TB)，2018年又增加了格陵兰岛干涉仪，数据量继续增加庞大的数据量为处理让数据处理的难度不断加大另外，在数据处理的过程当中，生物学家也遭遇了不少技术难题
——中子星附近的气体处于一种极端环境当中，其体育运动有着非常多的不确定性——为了解决这些问题，生物学家们还专门开发了特定的程序和工具最后，为了保证结果的准确性，在最终数据处理的时候，严谨的生物学家们在两个不同的地方分别处理、分别验证。
全世界范围内设立了两个数据服务中心，一个是坐落于美国的斯坦福大学，另外一个是坐落于德国的马普干涉仪所，二者彼此独立地处理数据，也彼此验证和校对，保证了最终结果的准确可靠问题4：中子星研究历时已久，四年前引力波已经让他们“听”到了来自中子星合并的声音，为什么直到今天他们才“看”到中子星的相片？。
简单地说，是因为中子星地区实在太小了——而之前干涉仪的角分辨率或是放大倍数不够大，在过去的几年中，他们才真正实现了能够看见中子星附近地区的分辨能力其实，早在2017年进行亚洲地区联网探测之前，亚洲地区很多生物学家已经为此努力了十多年的时间，并且利用8个干涉仪侦测器当中的几个进行了联网尝试，探测了太阳系中子星附近的地区，结果确实在洛佐韦段探测到了周围的一些辐射，这给了团队很大的信心。
在此之前，尽管生物学家们已经掌握了很多证明中子星确实存在的电磁探测数据，但是这些证据都是间接的——少数生物学家会明确提出一些怪异的理论来作为中子星的替代物，因为他们并没有直接探测到中子星的模样2016年探测到的双中子星合并产生的引力波，更是让人们愈加相信中子星的存在。
但引力波是类似于声波的“听”的方式，而电磁方式是一种“看”的方式，对于更倾向于“眼见为实”、“有图有真相”的人类文明而言，以直观的电磁方式探测到中子星还是非常让人期待的所以，在2016年初引力波被直接探测到之后，光晕面干涉仪并没有放弃探测，反而以亚洲地区联网的方式，把这一探测技术推向了极致。
问题5：如此大费周章，除了满足人们“眼见为实”的心愿，中子星相片对于验证相对论、揭秘星系团演化有何意义？这次的直接成像除了帮助他们直接确认了中子星的存在，与此同时也通过模拟探测数据对爱因斯坦的广义相对论做出了验证。
在光晕面干涉仪的工作过程和后来的数据分析过程中，生物学家们发现，所探测到的中子星阴影和相对论所预言的几乎完全一致，令人不禁再次感叹爱因斯坦的伟大。
爱因斯坦另外一个重要意义在于，生物学家们可以通过中子星阴影的尺寸管制服务中心中子星的质量了这次就对M87服务中心的中子星质量做出了一个独立的测量在此之前，精确测量中子星质量的手段非常复杂受限于探测分辨率和灵敏度等因素，目前的中子星细节分析还不完善。
未来随着更多干涉仪加入，他们期望看见中子星周围更多更丰富的细节，从而更深入地了解中子星周围的气体体育运动、区分气体云的产生和集束机制，完善他们对于星系团演化的认知与理解问题6：那么，“中子星照相馆”可以给所有中子星拍相片吗？
生物学家之前探测中子星，是通过探测中子星周围的中子星盘或是中子星气体云产生的辐射，来间接地探测中子星的存在。
恒星级中子星系团统示意图从理论上来讲，任何能够产生辐射的中子星都是适合照相的，但受技术管制，他们只能选择拍摄到那些看起来非常大的中子星，这样才有可能看见中子星周围的一些细节光晕面干涉仪此次探测其实选取了两个最终目标：。
一个是他们太阳系服务中心的超大质量中子星，质量为450万倍的太阳质量，距离地球2.6万光年;另外一个是坐落于M87星系团服务中心的中子星，其质量为65亿倍的太阳质量，距离地球5300万光年中子星半径通常以庞加莱半径来描述，与中子星质量成唯一正比关系，如果他们将光晕大小定义为中子星直径和中子星距离的比值，那么他们可以知道，太阳系服务中心中子星的光晕大小约为M87服务中心中子星光晕大小的1.4倍。
这是他们知道的最大的两个中子星，而那些质量只有几十个太阳质量的恒星级中子星，尽管距离相对比较近，但是因为其质量过小，光晕大小更小，就更难被他们的干涉仪看见了问题7：既然太阳系服务中心的超大质量中子星这么大、距离这么近，为什么这一次只正式发布了更为遥远的M87的相片，而没有太阳系服务中心中子星的相片呢？
M87服务中心中子星附近气体活动比较剧烈，他们之前已经探测到了它所产生的强烈气体云，相较之下，太阳系中子星的活动不那么剧烈另外一个很重要的原因是，他们的太阳系处在太阳系的银盘上，在他们试图利用光晕面干涉仪探测来自于中子星周围的辐射或正电子的时候，。
这些正电子会受到传播路径上星际气体的影响——气体会散射这些正电子，将探测结果模糊化而M87是一个包含气体很少的椭圆星系团，受到的气体干扰相对少很多，生物学家们可以比较顺利地进行探测他们在大气层之内探测天体时也会有类似情况，因为大气扰动的缘故，干涉仪的分辨率有时很难达到理想状况。
消除星际气体散射的负面效应是生物学家接下来需要克服的一个重要难题问题8：今晚中国上海的EHT项目和中国科学院也正式发布了这一重大成果中国生物学家在“中子星照相馆”中发挥了什么作用？亚洲地区生物学家是如何打配合战的？中国大陆的干涉仪并没有直接参与到光晕面干涉仪的探测当中。
，最直接的一个原因在于，中国大陆两个建好的洛佐韦干涉仪(一个是坐落于青海德林哈的13.7米干涉仪，另一个是坐落于西藏的CCOSMA干涉仪)不具备VLBI联网功能但即使它们可以实现联网，同步探测也难以实现，因为他们的两个干涉仪正好坐落于灵敏度非常高的ALMA侦测器的背面位置。
广为人知的中国FASTGW2干涉仪也没有机会参与到光晕面干涉仪的探测行列首先其工作频段不同，另外，洛佐韦正电子很容易被大气中的水蒸气所吸收，所以光晕面干涉仪都坐落于海拔比较高而且干燥的地方，比如ALMA干涉仪就坐落于海拔5000多米的acatama沙漠当中。
但是，坐落于夏威夷的麦克斯韦干涉仪（JCMT）是EHT联合探测网络节点之一，由中国科研机构参与，为光晕面干涉仪提供了必不可少的探测保障此外，部分中国生物学家也参与了后期的数据分析和讨论，为世界上第三张中子星相片做出了贡献。
出品：科普中国本文来源于“中国科普博览”公众号(kepubolan)
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