#黑洞是如何形成的# 黑洞偏振照片发布!中科院上海天文台深度参与研究「中国科普博览」

北京时间2021年3月24日晚10点,曾成功捕获人类有史以来首张黑洞照片的事件视界望远镜(EHT)合作组织,又为揭秘M87超大质量黑洞提供了一个崭新视角:它在偏振光下的影像(图1)。

图1.(上)偏振光下M87超大质量黑洞的图像,图中线条标记了偏振的方向,它与黑洞阴影周围的磁场有关。(图片版权:EHT合作组织)

偏振片只允许特定方向的偏振光通过。下面这个动画显示了黑洞偏振图像在通过一个偏振平面不断旋转的偏振片后的变化。(视频版权:EHT合作组织)

大家还记得2019年EHT发布的首张黑洞照片吗?

图2. 2019年EHT发布的首张黑洞照片(图片版权:EHT合作组织。)

对比下这两张照片,是不是这次的新照片看起来清晰度更高一些?难道是EHT升级了望远镜阵列,像手机升级摄像头一样,提高了像素?并非如此。我们看到的新照片,其实与首张黑洞照片来自于同一批成像观测,但是这张“照片”是通过处理偏振信号获得的,所以我们称之为“黑洞在偏振光下的影像”。

这是天文学家第一次在如此接近黑洞边缘处测得表征磁场特征的偏振信息。该结果对理解距离我们5500万光年的M87星系如何产生能量巨大的喷流十分关键。

那么,什么是偏振呢?让我们从头说起。

什么是电磁波的偏振?

偏振(也称极化)是横波的一种属性,指横波在与其传播方向垂直的平面内沿着某一特定方向振荡的性质。光是一种电磁波,由耦合振荡的电场和磁场组成,而电场和磁场的振荡方向总是互相垂直的。在自由空间里,电磁波是以横波方式传播,即电场与磁场又都垂直于电磁波的传播方向(图3,上)。按照常规,电磁波的“极化”方向指的是电场的振荡方向。

图3. (上)电磁波传播示意图。(下)非偏振的入射光经过线偏振片后成为线偏振光,再次经过四分之一波片之后变成(从接收端看)左旋圆偏振光。

如果电磁波的电场只在一个方向上振荡,则称为“线偏振”。若随着电磁波的传播,电场的振荡方向是以电磁波的波频率进行旋转,并且电场矢量的矢端随着时间勾绘出(椭)圆型,则称此电磁波为“(椭)圆偏振”;对于这两种情形,又可按照电场矢量旋转的方向分为“右旋(椭)圆偏振”和“左旋(椭)圆偏振”。

一般生活中的光,比如太阳光、白炽灯光等,振动在各个方向是均匀分布的,称为非偏振光。偏振光的产生可以通过多种方式实现,常见的方法是让非偏振光通过一个偏振片,只让沿着某特定方向偏振的光波通过。而线偏振光经过四分之一波片后可变为椭圆偏振光,并在特定角度下(当线偏振光的振荡方向与波片光轴方向成±45°时)变为圆偏振光(如图3,下图所示)。

为什么EHT能拍摄到黑洞边缘的偏振?

在射电天文领域,我们接收到的大部分天体信号是偏振光,例如黑洞产生的喷流,其射电波段的辐射对应的主要是相对论性电子(速度接近光速)在磁场中沿弧形轨道运动时所发出的光,专业名词称作同步加速辐射。

由于偏振辐射是个包含大小和方向的矢量,通常在小尺度致密区域探测到的偏振辐射比较明显,接近真实的情况,但若是没有足够的分辨本领探测这些区域内偏振辐射的话,观测到的偏振特征就会由于叠加效应而被削弱。

此外,由于不同致密区域的法拉第旋转等效应,即指在磁化介质中偏振的方向会发生旋转,会削弱偏振特征,也会造成在黑洞边缘区域难以探测到明显的偏振。值得注意的是,法拉第旋转效应所造成的偏振方向旋转的幅度跟波长的平方成正比,即波长越短,旋转幅度越不明显,其偏振的特征越不容易被削弱。

此次EHT能够拍摄到黑洞阴影周围的高分辨率偏振图像,主要归功于两点:一是EHT的高分辨本领,让科学家们能够分解开这些致密区域;二是观测波段在短毫米波段,从而大大削弱了法拉第旋转效应的影响。

怎样拍摄黑洞偏振图像?

此次获取的M87黑洞偏振图像与首张黑洞照片来自于同一次成像观测(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2019)。EHT在为黑洞进行拍照观测时就充分考虑到了偏振成像(江悟等,2019),因此,在接收和记录电磁波信号时,已将能恢复电磁波偏振信息的两路正交偏振信号采集并记录了下来。

为了获取2019年4月10日宣布的首张黑洞照片(总强度图),需处理各个台站间相同偏振方向的互相关数据。而为了获得此次发布的偏振图像,则更加复杂,还需要对所有台站之间的交叉偏振信号进行处理,其中的难点在于对台站偏振参数进行校准。所谓台站偏振参数,指各个台站实际接收偏振信号时,原本期待接收两路“干净”的偏振信号,但实际上接收的其中一路偏振信号,难免会“掺杂”有另一路偏振的信号。

图4.本文作者及合作者于2019年7月15日至19日在位于德国波恩的马普射电天文研究所进行的EHT偏振校准工作会议期间合影。这次会议主要是针对M87偏振观测数据的校准及成像。(照片来源: E. Traianou/马普射电天文研究所。)
为了能及时对M87黑洞进行偏振成像,在首张黑洞照片发布后的第3个月,EHT合作组便在位于德国波恩的马普射电天文研究所举行了为期一周的主题为偏振校准及成像的工作会议(图4,上)。

如今回想起来,当时会议过程也是一波三折。由于一开始用预选的校准源来对M87的偏振数据进行校准测试,并没有得到预想的结果,大家都开始担心起来。直到会期中间,替换了另外的校准源,且直接用M87的观测数据本身做偏振校准,结果不同的小组利用不同方法都可以得到比较一致的初步结果(图4,下)。大家这才发现,由于预选的校准源偏振结构复杂,并不适合用作校准源。这时大家才放下心来。后来,又经过长期的工作和反复讨论,才最终敲定黑洞偏振图像的结果(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021a)。

偏振图像可以告诉我们什么?

EHT在事件视界尺度上对M87超大质量黑洞周围的偏振辐射进行的成像,可以用来探测黑洞附近磁场和等离子体的性质,从而理解黑洞如何“吞噬”物质并发出能量巨大的喷流(Event Horizon Telescope collaboration et al. 2021b)。

观测发现黑洞图像的线偏振度较低,表明偏振结构在比EHT的分辨本领更小的尺度上被扰乱,这或许是由黑洞周围辐射区域内局部的法拉第旋转所造成。同时,图1中的线条(偏振的方向)所展示的图案意味着该辐射区域存在有序的磁场结构。

通过与广义相对论磁流体动力学理论模拟生成的大量黑洞偏振图像的定量比较,研究团队发现,只有以强磁化气体为特征的理论模型才能解释在事件视界看到的情况并产生足够强的相对论性喷流。这些成功的模型可进一步推断M87中黑洞的物质吸积率的大小(即黑洞吞噬物质的快慢),即每千年吞噬0.3到2倍太阳质量的物质。这些结论大大加深了我们对黑洞周围物理环境的理解。

下一步和未来

从观测上直接接近黑洞的边缘,从而在几个史瓦西半径的尺度上不断探索黑洞周围的时空特性和物理过程,这代表着人类认识宇宙手段的一大突破。

然而,目前的EHT阵列中,望远镜数目仍然较少,基线覆盖还比较稀疏,尤其是,由于银心黑洞受到星际散射的影响以及相比目前成像所需时间(数个小时)要快得多的结构变化,成像并非易事。

鉴于此,EHT合作在M87黑洞首次成像后,提出了下一代EHT计划(即next generation EHT, ngEHT),计划在近10年内完成。ngEHT计划通过在地球上布设更多的亚毫米波望远镜、增加观测灵敏度及频率覆盖等来提升黑洞成像的质量并提供更多观测信息,尤其是要提升成像速度以进一步制作黑洞“动画” (Blackburn et al. 2019)。

同时,国际上也在探讨、预研空间亚毫米波阵列(Haworth et al. 2019),以此进一步提升黑洞成像的质量及效率。

由于地球的自转,东亚地区的台站将会是拍摄黑洞动画所需的成像接力中不可或缺的部分。目前,日韩等都已在积极致力于这一国际努力。例如,韩国目前正在平昌建设新的亚毫米波望远镜,有望在未来几年内加入EHT阵列。实际上,由于中国幅员辽阔并且存在优良的亚毫米波望远镜台址(如西部地区),若是在这些地区布设亚毫米波望远镜的话将会提供黑洞成像/摄像所需的独特基线覆盖。

如果说我们目前已经积极参与到黑洞成像这一国际合作项目的话(路如森等,2019),在黑洞成像/摄像开展得如火如荼的今天,笔者不禁思考:我国何时才能拥有一台真正属于自己的亚毫米波(VLBI)望远镜甚至一个阵列?

希望这一天离我们不太遥远。
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ZHUAN::::::::::::

今天来聊一个跟每个人都息息相关的行业——血液制品。

血液制品是指各种人血浆蛋白制品,其上游源头取自人体血液。血液中,血浆占一半。血浆中,水占92%-93%,剩下7%-8%是蛋白质。而血液制品,就是从这部分蛋白质中,分离提纯制成的。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

血液制品具备医疗产品和药品的双重属性,在某些情况下,具有不可替代的作用。不过,鉴于血液制品只能取自血浆,所以得血浆者得天下。

目前,国内千吨级采浆量的上市公司只有三家,天坛生物(600161)、上海莱士(002252)和华兰生物(002007)。三家公司占全国采浆量40%-50%(还有一个泰邦生物,目前已从纳斯达克交易所退市,本文不做比较)。

在血液制品这个赛道,毫无疑问是三家称霸。那么在三家之间,又能否一较高下?

一、资源在线,研发在线

如前所述,血液制品这个行业,具备很强的资源属性。在这个维度比较来看,天坛生物优势明显。

1天坛生物背靠大树,资源禀赋占优

血浆资源量,首先取决于单采血浆站数量。

先来介绍下什么叫单采血浆?这个概念跟我们平常献血不同。献血通常说的是献全血,包括红细胞、白细胞、血小板等。而单采血浆,是采血后,将血浆分离,其他成分留回人体。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

单采血浆站必须采用专用机械,不允许手工采集。而且新建浆站门槛较高,需经过政府规划审批,且同一地区只能设置一家浆站。

这就意味着,单采血浆站,不是有钱就能建的。

截止2021年底,天坛生物、上海莱士、华兰生物分别有采浆站82家(其中在营58 家)、41家、25家。天坛生物以一敌二。

再往前翻几年,会更明显的发现,上海莱士和天坛生物,浆站数量连续多年几乎没变。而天坛生物,浆站从2015年的17家,增加到了如今的82家。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

来源:国元证券

在采浆站数量上,天坛生物不仅总量取胜,而且还不断有增长空间。

至于原因,看一看实控人背景(↓)的差距,或许就能找到了。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

来源:iFinD

2重研发,血液制品品种数量领先

另一个能够决定资源总量的因素,就是能够从血浆中,提取到多少血液制品。

血液中,有150多种蛋白及因子。目前,国外大型企业能够分离出20多种产品。我国的血浆提纯水平和综合利用水平相对较低,一般企业只能分离3-4种。

不过第一梯队企业,已经能分离出10种以上。截止2021年底,华兰生物、上海莱士都能够分离提取出11个品种,而天坛生物,已有14个品种。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

来源:天坛生物2021年年报

如果说,增设浆站的便利,是因为天坛生物背靠大树。那么技术领先,则完全是用真金白眼砸出来的。

2021年度,华兰生物和上海莱士,研发投入总额分别为2.56亿、1.29亿,营收占比5.78%、3.01%。而天坛生物研发投入总额高达3.22亿,营收占比7.83%。

综上来看,天坛生物不仅占据资源优势,而且血浆的分离技术水平,也相对领先。

二、盈利不在线,业绩不在线

只是,拿着好牌,也不代表一定能打好。

1血浆单位成本高,吨浆收入低

先来看一组数据:

2021年度,华兰生物25家采浆站,采浆量1000+吨,平均40+吨/家;

2021年度,上海莱士41家采浆站,采浆量1280吨,平均31.22吨/家;

2021年度,天坛生物在营58家采浆站,采浆量1809吨,平均31.19吨/家。

可见,天坛生物虽然浆站数量取胜,但是单个浆站的采浆量,并不占优,甚至要比华兰生物明显落后。

而单个采浆站产能利用率高低,将直接决定摊薄后的成本高低。由此推测,天坛生物的血浆单位成本,大概率要高于华兰生物。

另外,再来看第二组数据:

2021年度,华兰生物采浆量1000+吨,血制品营收25.98亿,平均每吨创造营收约260万元;

2021年度,上海莱士采浆量1280吨,自产血制品营收约为33.31亿,平均每吨创造营收约260万元;

2021年度,天坛生物采浆量1809吨,血制品营收40.98亿,平均每吨创造营收约226万元。

这就说明,天坛生物虽然技术水平并不落后,可分离出的血液制品品种数量领先,但是平均每吨血浆创造的营收却不高。

换言之,如果要实现相同的营收规模,天山生物要比另外俩企业,耗用更多的血浆原料。

2人工效率、生产效率低

而无论是采集血浆的单位成本高,还是耗用量大,都将导致天坛生物生产血液制品时,原料成本居高不下。

但是,横向对比这仨公司的营业成本构成,会发现一个相当诡异的现象。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

来源:2021年年报数据

华兰生物和上海莱士生产血液制品,材料成本占比高达80%-90%。而天坛生物生产血液制品,材料成本占比只有65%。

如前所说,天坛生物的材料成本应该是更高的,但如今占比却更低。这就说明,天坛生物的人工成本和制造费用,耗费量更大。

这也就意味着,天坛生物的人工效率和生产效率,也明显较低。或许这就是国企躲不开的弊病。欲戴王冠,必承其重。

综上导致,天坛生物与华兰生物、上海莱士毛利率差距明显。2021年度,华兰生物、上海莱士血制品毛利率分别高达55.26%、51.85%,而天坛生物只有47.45%。

额外补充一下,乍一看,天坛生物好像也没比上海莱士低太多。但是翻开财报会发现,上海莱士进口血液制品成本占35%,远远拉低了上海莱士自产血液制品的盈利能力。然而即便如此,天坛生物毛利率仍然不及上海莱士。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

来源:上海莱士2021年年报,进口白蛋白毛利率明显低于自产

天坛生物的盈利能力,可见一斑。

3研发费用资本化比重高

除毛利率外,这仨企业净利率差异也相当明显。

华兰生物和上海莱士净利率都在30%以上(华兰生物更胜一筹),天坛生物只有25%左右。而这个差距,代表的还未必是可比的实力。

前面提到,天坛生物重视研发,2021年度总投入3.22亿。但是真正计入研发费用的只有1.33亿,资本化比例高达58.64%。

血液制品三家争霸!浆量之王强者恒强?

来源:iFinD-天坛生物

而华兰生物,研发费用资本化比例只有1.15%。上海莱士更是全部费用化的。如果都调成相同的记账方式,单这一项,天坛生物就少记了近2亿的费用。而天坛生物2021年度,全年净利润也不过就10.69亿。

三、血制品赛道,蚍蜉难撼树

总结一下。天坛生物背靠大树,血浆资源丰富,而且还有继续增长的空间。另外重视研发,分离技术也有继续提升的可能。

只是,采浆成本不低,吨浆收入不高。人工效率、生产效率都相对落后。在资源实力绝对领先的前提下,还得靠财技美化财报。

相比之下,华兰生物虽然浆站最少,采浆量最小(三者之间),但是单个浆站采浆量最高,综合利用率最高,盈利能力也最高。

只可惜,华兰生物以及上海莱士都面临相同的问题。浆站数量多年不变,采浆总量也难增长。上海莱士将毛利率较低的进口制品作为增量来源,华兰生物将疫苗制品当成第二增长曲线。

在主赛道上,蚍蜉终难撼树。

注:本文不构成任何投资建议。股市有风险,入市需谨慎。没有买卖就没有伤害。

相关证券:
天坛生物(600161)
上海莱士(002252)
华兰生物(002007)收起

【楼市“抛房潮”出现?11个中心城市二手房挂牌量激增,影响有多大】房价会下跌吗?如果这个问题放在一年前,可能没有多少人会相信房价会下跌,但是仅仅过了一年,现在就已经有很多人开始看跌房价了。在2021年上半年全国平均房价很快从9860元/平方米涨到了11030元/平方米,但是到了2021年底,全国平均房价又降回到了10139元/平方米。可见,从2021年下半年开始,我国平均房价出现了明显下跌,这意味着很多城市和地区房价下跌幅度更大。有一个信号非常重要,那就是在2021年9月份全国平均房价迎来了6年多以来的首次出现环比下跌,并且在10月份再次迎来下跌。随着平均房价迎来久违的下跌,人们对房价走势的看法也慢慢出现了转变。

进入2022年,越来越多的人开始看跌房价,就算是一些城市已经开始放松楼市调控政策,依旧没有恢复人们对楼市的信心。其实原因也很简单,那就是房价依旧在继续下跌,这也是人们看跌房价的主要原因。对于买房子,人们是抱着“买涨不买跌”的思想,房价上涨时都是抢着买,而房价下跌时都在保持观望态度。更重要的是,现在我国房价依旧非常高,平均房价在万元左右,一二线热点城市房价动辄几万元甚至十几万元一平方米。面对这么高的房价,很多人普通人买一套房子都要花光自己所有积蓄和“6个钱包”,最后还要背负二三十年的巨额房贷。在这种情况下,大部分人为了买房子,都会将自己和家庭所有的财富和未来大部分工资都转移到房子中,这意味着一旦房价下跌,他们的财富就贬值了。

新房库存不断上涨,去化周期不断延长
因此在这种顾虑下,不仅投资客暂时不买房子了,就是刚需购房者也在不断推迟购房计划。但是大家都不愿意买房,对房地产行业的影响就非常大了,特别是对于房企,目前绝大部分房企都是高负债高周转地运营的,而现在房子不好卖,导致房企回笼资金受到了很大影响,这导致现在越来越多的房企出现资金链紧张的情况。特别是从2021年下半年开始,逐渐有房企资金链断裂,导致房企出现经营异常甚至破产的情况。更重要的是,这些资金链断裂的房企不仅仅是中小型房企,其中还有很多大型龙头房企。特别是最近一段时间,不断有房企爆出债务违约的消息,这导致人们对楼市的信心越来越不足。根据统计显示,自从春节假期之后,全国大部分房企都加大了降价促销的力度,房企们都期望通过降价促销来多卖房子回笼资金。

根据国际统计局公布的统计数据显示,截至2022年2月份,全国商品房待售面积57026万平方米,按照一套房子100平方米计算,也有570万套房子。并且这还只是狭义商品房库存,也就是已经建设好还没有卖掉的库存。而对于正在建设和还没有开工的商品房库存属于广义库存,根据统计数据显示,2月末我国广义库存高达38.4亿平方米,也就是相当于3840万套房子,足够上亿人居住。

可见,目前我国新建商品房库存数量已经非常高了,就算现在开发商不再拍土地,目前库存也够卖两年左右。根据全国库存平均消化周期已持续增至19.5个月,其中,一线城市增至12.96个月,二线城市增至18.05个月,同比涨幅均在40%以上,而三四线城市的去化周期更是已达到23.25个月,同比大增83%。更重要的是,目前楼市成交量依旧在不断降低,这意味着房子越来越不好卖,楼市库存去化周期正在不断延长。

另外,二手房挂牌量也在不断激增,二手房抛售压力越来越大
从2019年下半年央行开始严查违规资金流入楼市开始,房地产行业的资金就开始紧张起来,也正是从那时开始,我国的二手房挂牌量开始出现激增。特别是从2021年3月份开始,由于楼市金融调控再次收紧,打破人们对楼市“小阳春”的希望,很多投资客都开始大规模抛售房产变现了。据统计,2021年3月份全国新增二手房挂牌量环比上涨86%,几乎相比于2月份涨了一倍。进入2022年,全国11个中心城市的二手房挂牌量都已经超过10万套,虽然杭州楼市过去几年都比较火热,不断有新开盘的楼盘出现排队摇号抢房的现象,但是二手房却不怎么好卖。根据中国证券报3月23日报道,截至3月2日16时,杭州市区二手房挂牌房源已突破17万套。另外,像沈阳、哈尔滨、天津和青岛等北方城市,在二手房挂牌量不断激增的同时,成交量却在不断降低,这说明二手房市场“抛压”已经达到峰值。

很多人表示,目前11个中心城市的二手房都不好卖了,这说明目前的楼市行情确实非常差,房子不好卖,同时也说明楼市的抛售潮已经出现了。那么,11个中心城市二手房挂牌量激增,影响多大呢?在笔者看来,这是楼市出现转折的信号,同时也说明房子的投资属性正在慢慢减弱,投资客已经开始大规模抛售房产了。目前这样的中心城市都出现了这种现象,这就说明那些人口不断流失的三四线城市二手房抛售压力更大了。

当然,对于未来的房价走势大家也没有必要太担心,因为目前各地已经开始出台楼市救市政策来稳定楼市,这意味着房价很难出现大跌的行情,同时也很难出现大涨的行情。但是大家也不要对未来的楼市行情抱有太大的信心,随着二手房出现抛售潮,说明人们对房子的态度已经发生了改变。未来,大部分人买房都是为了自己和家人居住,以投资为主要目的的购房者将越来越少。而真正的刚需购房者和改善型购房者数量有限,所以随着经济和房地产行业的发展,未来人口才是决定房价的最终因素。人口持续流入的一二线热点城市和其他经济发达的区域,房价还会有继续上涨的空间,而对于人口不断流失的三四线城市,未来房价大概率会慢慢回归合理水平。


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