Jak vědci spolupracovali na vytvoření prvního obrazu zadní díry na světě

Loni v dubnu se sešla koalice stovek vědců z celého světa, aby dosáhla něčeho, co bylo dříve považováno za nemožné: vůbec první snímek černé díry, v rámci projektu Event Horizon Telescope (EHT).

Jonathan Weintroub je elektroinženýr a vědec, který sehrál hlavní roli při návrhu digitální přístrojové vybavení pro celé pole a kdo byl zapojen do EHT od samého počátku etapy. Digital Trends s ním hovořil o výzvách, které přináší spojení tolika lidí, institucí a dalekohledů s jedním společným cílem.

Tento článek je součástí našeho seriálu Inovace prostřednictvím spolupráce

Spolupráce je superschopností lidstva. Umožnil některé z nejvýznamnějších pokroků, jaké kdy svět viděl, a v této sérii předvedeme některé z nejneuvěřitelnějších a nejinspirativnějších příkladů správné spolupráce Nyní.

Dovybavení teleskopů pro novou funkci

Projekt vyžadoval použití osmi různých dalekohledů na šesti různých místech. Tyto dalekohledy však nebyly pro tento úkol vyrobeny na míru – Weintroub a jeho kolegové vzali stávající dalekohledy a vybavili je novým zařízením, aby se staly součástí globálního pole.

Většina dalekohledů byly jednotlivé parabolické paraboly, jako například dalekohled jižního pólu v Antarktidě nebo IRAM 30metrový dalekohled ve Španělsku, „takže vypadají jako vaše satelitní anténa pro vaši televizi, ale jsou větší,“ Weintroub vysvětlil. Tým namontoval na každou parabolu dva kusy zařízení: Za prvé, tam byl digitální backend skládající se z analogově-digitálního převodníku a linuxového počítače s 256 terabajty úložiště na rekordér. Čtyři z těchto rekordérů na jednom místě obsahovaly celkem 1,2 petabajtu dat.

Zadruhé to byly atomové hodiny, protože přesná časová razítka jsou nezbytná pro získání přesných údajů v poli. "Je to velikost ledničky na koleji a každých deset milionů let uchovává čas s přesností na sekundu," řekl Weintroub.

Některé ze zúčastněných dalekohledů byly soustavy skládající se z více talířů, jako je Submillimeter Array na Havaji nebo Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array v Chile. Pro projekt EHT musí tato pole fungovat jako jedna stanice. To zahrnovalo další krok zpracování, jak vysvětlil Weintroub: „Místo standardního zpracování, které provádíme na signálů, postavíme speciální přístroj, který sčítá výstup z každého dalekohledu v poli a poskytuje pouze jeden signál pro digitalizace."

Náhoda dobrého počasí

Jakmile byla data shromážděna na každém místě dalekohledu, byla odeslána do centrálního umístění ke zpracování, buď v Massachusetts nebo v německém Bonnu. Ale "1,2 petabajtu na každé stanici je příliš mnoho dat na odeslání přes internet," řekl Weintroub. "Takže tyto disky fyzicky zabalíme do krabice a odešleme je na centrální místo."

Disky z dalekohledu na jižním pólu se však ukázaly jako výzva. „FedEx ani UPS neobsluhují jižní pól, a když provádíme pozorování v dubnu, není tam žádná letecká služba. Koncem února vypnuli letadla a je tam jen základní personál, který balí disky. Čekáme šest měsíců, než přiletí letadlo a pojede. Nakonec jsme čekali šest měsíců na data z jižního pólu.

Dalším praktickým problémem bylo počasí na jednotlivých stanovištích. Vysokofrekvenční radioteleskopy, jako jsou ty, které se používají v projektu EHT, jsou extrémně citlivé na vodu v atmosféře a pro efektivní fungování vyžadují jasnou oblohu. Proto je většina dalekohledů umístěna ve vysokých nadmořských výškách s velmi suchou atmosférou, jako je poušť Atacama v Chile nebo Mauna Kea na Havaji. I tak ale pozorování vyžaduje dobré počasí na každém jednotlivém místě. „Pokud chcete, aby to fungovalo, musíte mít na všech stanovištích shodou okolností dobré počasí. To se stává poměrně zřídka, jak se ukázalo."

Povětrnostní podmínky neovlivňují jen vědu, ale také vědce. Extrémní nadmořská výška a nízká vlhkost přináší lidem pracujícím v těchto lokalitách své vlastní výzvy. „Na vrcholu hory je velmi málo vodní páry. Je to jako poušť. Vaše kůže praská, musíte si rty chránit." A pokud jde o nadmořskou výšku: „Jsme nahoře ve výškách až 6000 metrů. Atmosférický tlak je asi 60 % tlaku na hladině moře. Dostanete výškovou nemoc a budete mít bolesti hlavy." Aby se vědci přizpůsobili podmínkám, aklimatizují se tím, že stráví několik dní ve stále vyšších nadmořských výškách.

Sdružování lidí a organizací

EHT byl pouze jedním z mnoha projektů soutěžících o čas na různých dalekohledech. Teleskopy jsou přeplaceny, což znamená, že se na jejich použití hlásí více projektů, než je možné přidělit, takže získat čas na přístroje může být konkurenceschopné. Snažím se ohradit vlády, organizace a vědce, aby umožnili EHT čas na různé dalekohledy byly „záležitostí kroucení paží“, zvláště předtím, než se přelomový výsledek EHT dostal do titulků 2019.

A je tu problém koordinace velkého počtu lidí žijících v různých zemích. Praktičnost, že výzkumníci žijí v časových pásmech od východní Asie po Havaj, znamená, že je téměř nemožné najít si čas na setkání na telekonferencích. Weintroub nakonec zorganizoval dvě verze každého globálního setkání, jen aby se toho mohl zúčastnit každý, aniž by musel vstávat uprostřed noci.

Osobní výzvy

Existuje také často přehlížený mezilidský aspekt společné vědecké práce. "Spojení všech těchto dalekohledů bylo prezentováno jako model pro zbytek světa spolupráce, ale zahrnovalo komplikovaná jednání," řekl Weintroub. „Určitě je to výzva, když se spolupráce rozroste ze skupiny 12 výzkumníků na skupinu více než 250. V rámci spolupráce existuje určitá přirozená soutěživost a rivalita. Může to být trochu osobní výzva."

Ve vědeckých kruzích se relativní příspěvky autorů k publikovaným pracím odrážejí v pořadí, v jakém jsou uvedena jejich jména. Ale pokusit se určit jednotlivé příspěvky každého výzkumníka k tak obrovskému projektu bylo v podstatě nemožné. Někteří členové týmu na projektu pracovali deset let, zatímco jiní se připojili až v posledních několika letech. A na výzkumníky, zejména na ty, kteří jsou na počátku své kariéry, je vyvíjen obrovský tlak, aby jejich jméno bylo prominentně uváděno v důležitých publikacích.

"O autorství se hodně diskutovalo," řekl Weintroub. V příspěvcích vyplývajících z projektu EHT je nakonec „autorství čistě abecední. Poté, co jsem byl součástí debaty, to byl jediný způsob, jak to bylo možné udělat.“

Pozoruhodný výsledek

Veškerá tato práce a koordinace dosáhly skutečně pozoruhodného výsledku vůbec prvního snímku černé díry nacházející se v galaxii Messier 87. A projekt EHT bude pokračovat, k projektu se připojí ještě více dalekohledů, které budou v budoucnu zobrazovat více černých děr s ještě větší citlivostí.

Doporučení redakce

• Pořídili první fotografii černé díry na světě. Nyní natáčejí video
• Astronomové chtějí vaši pomoc při identifikaci tisíců černých děr
• Astronomové hledají malé galaxie, aby pochopili vývoj černých děr
• Nová studie ukazuje, že kolem supermasivních černých děr by se mohly vytvořit planety
• Astronomové objevili „nemožnou“ černou díru v naší galaxii

Upgradujte svůj životní stylDigitální trendy pomáhají čtenářům mít přehled o rychle se měnícím světě technologií se všemi nejnovějšími zprávami, zábavnými recenzemi produktů, zasvěcenými úvodníky a jedinečnými náhledy.