全新图像重建技术再次验证首张黑洞图像

2019年4月10日，事件视界望远镜（EHT）合作组公布了人类拍摄的首张黑洞剪影图像，震撼了全世界。这张环状图像，不仅迅速成为现代科学史上最广为人知的图像之一，也标志着人类进入了直接观测黑洞事件视界附近吸积动力学过程的新时代。

这颗黑洞位于距离地球约5500万光年的M87星系中心。图像中，围绕黑洞旋转的炽热气体发出明亮的辐射，形成一个环状结构，衬托出中心的黑洞剪影。这一景象与爱因斯坦广义相对论建立的天体物理模型相符。

然而，一些研究人员对此并不信服，他们认为，图像中呈现的环状结构可能只是研究团队采用的图像重建技术产生的假象。

在一项新发表于《自然》杂志的研究中，CSIRO的研究人员采用了一种全新的独立成像方法，既不预先假定黑洞应该具有怎样的形态，也尽可能排除了仪器校准误差的影响。在这样的条件下，他们仍然从原始观测数据中重建出了清晰的环状结构，为2019年公布的首张黑洞图像提供了有力的独立验证。

质疑声：真的是一个环吗？

拍摄M87星系中心的超大质量黑洞，是一项极其艰巨的挑战。这就好比站在地球上，试图拍清楚放在月球上的一个甜甜圈。为此，EHT合作组将分布在全球各地的射电望远镜组成观测阵列，并将这些望远镜同时采集的数据整合起来。

在最初的研究中，EHT合作组内有四个独立的成像团队参与了图像重建。尽管各团队得到的图像在精细特征上存在一些差异，但都呈现出一个明亮的环状结构，中心则是一片较暗的区域。根据此前对黑洞大小的了解，这个亮环的半径也与理论预期大致一致。

不过，这些图像仍然较为模糊，不同团队重建出的精细特征也不完全相同。这类差异可能源于成像过程中人为因素和算法带来的偏差。

然而，从2022年开始，一些天体物理学家开始质疑这些结论，他们采用了EHT合作组曾使用过的一种数据分析技术，但对其中的一些假设进行了细微调整，最终得到了不同的结果。在他们重建的图像中，呈现的并不是一个环，而是一团射电辐射。

让数据自己说话

CSIRO的研究人员认为，出现一些分歧其实并不难理解：当试图利用数量有限、分布稀疏的望远镜阵列，将观测数据组合成一台地球大小的虚拟望远镜时，这类问题几乎不可避免。此外，每台参与观测的射电望远镜，都可能因为仪器本身或地球大气的影响，在采集数据时引入误差。

通常，天文学家会在数据分析过程中估计并校正这些误差。但这一过程十分复杂，残差（残留的误差）仍可能导致错误的结果。

为了解决这些问题，CSIRO的研究团队开发了一种全新的数据组合方法，称之为“闭合不变量”（closure invariants）。传统的数据分析方法通常将来自两台望远镜的测量数据组合起来。相比之下，闭合不变量则将三台望远镜的测量数据组合在一起进行分析。这种方法不仅能够消除大气和仪器造成的相关误差，还能更清晰地揭示观测目标本身的结构信息。

为了充分利用闭合不变量提供的数据，他们设计了一种名为GenDIReCT的机器学习成像方法，能够生成与实际测量数据相符的图像。为了尽可能减少偏差，他们使用猫、狗和汽车等地球上的常见事物图像来训练这一模型。因此，它事先并不知道黑洞应该是什么样子。

一种名为GenDIReCT的新成像技术，验证了M87星系中心黑洞的环状结构。（图/S. Lai, N. Thyagarajan, O. I. Wong, and F. Diakogiannis (Nature, 2026)）

为了检验模型的可靠性，研究团队开展了一系列广泛的验证测试，包括重建各种非环状结构的图像，以及利用半人马座A等其他星系的真实观测数据进行验证。在确认模型具有足够的准确性后，他们便固定了训练和测试流程，以避免人为偏差影响最终的成像结果。

2025年12月4日，团队终于让这套经过充分验证的成像方法，首次“看到”EHT对M87的观测数据。所有数据集的重建结果，都呈现出一致的环状结构。环的外观和直径与一个质量约为65亿倍太阳质量、几乎正面朝向我们的黑洞相符——就好像从上方俯视飓风的风眼一样。

再次确认的环

将这一结果与EHT合作组此前公布的图像直接比较，可以发现，两者在环状结构的直径和整体朝向上高度一致，尽管在环的宽度及沿环周方向的表面亮度分布等精细细节上仍存在差异。这不仅为理解这张标志性的黑洞图像提供了新的视角，也有助于回应此前围绕其环状形态的争议。

为了证明这一成果并非完全依赖先进的机器学习技术，研究人员还开发了一种基于传统统计技术的辅助成像方法。这种完全不同的方法，同样验证了重建出的环状结构。

总体而言，这项研究为M87星系中心超大质量黑洞的结构提供了有力的独立验证。这一结果进一步增强了人们对这一现代科学重大成果的信心，也让数千万光年之外的黑洞图像再次变得清晰起来。而且，这项技术在未来还有望发挥更广泛的作用。凡是需要整合多个传感器的数据来重建未知结构的领域，都可能从中受益，例如医学成像和地震成像。

#参考来源：

https://theconversation.com/is-this-iconic-black-hole-image-accurate-new-study-delivers-an-independent-result-296146

https://www.nature.com/articles/d41586-026-03642-7

https://www.nature.com/articles/s41586-026-11241-9

#图片来源：

封面及首图来源：S. Lai, N. Thyagarajan, O. I. Wong, and F. Diakogiannis; Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation