Kako su znanstvenici surađivali da bi stvorili prvu sliku stražnje rupe na svijetu

Prošlog travnja, koalicija stotina znanstvenika iz cijelog svijeta okupila se kako bi postigla nešto što se prije smatralo nemogućim: proizvodnju prva slika crne rupe ikada, u sklopu projekta Event Horizon Telescope (EHT).

Jonathan Weintroub je inženjer elektrotehnike i znanstvenik koji je imao vodeću ulogu u dizajnu digitalne instrumentacije za cijeli niz, i koji je uključen u EHT od samog početka faze. Digital Trends razgovarao je s njim o izazovima okupljanja toliko ljudi, institucija i teleskopa s jednim zajedničkim ciljem.

Ovaj je članak dio naše serije, Inovacija kroz suradnju

Suradnja je supermoć čovječanstva. Omogućio je neke od najznačajnijih napredaka koje je svijet ikada vidio, au ovoj seriji, izložit ćemo neke od najnevjerojatnijih i najnadahnutijih primjera suradnje koja se odvija ispravno sada.

Naknadno opremanje teleskopa za novu funkciju

Projekt je zahtijevao korištenje osam različitih teleskopa na šest različitih lokacija. Ovi teleskopi ipak nisu izrađeni po narudžbi za ovaj zadatak - Weintroub i njegovi kolege uzeli su postojeće teleskope i opremili ih novom opremom kako bi postali dio globalnog niza.

Većina teleskopa bile su pojedinačne parabolične antene, poput teleskopa Južnog pola na Antarktiku ili IRAM-a 30-metarski teleskop u Španjolskoj, "tako da izgledaju kao vaša satelitska antena za vašu televiziju, ali veći", Weintroub objasnio. Tim je postavio dva dijela opreme na svaku antenu: Prvo, postojala je digitalna pozadina koja se sastojala od analogno-digitalnog pretvarača i Linux računala s 256 terabajta pohrane po snimaču. Četiri od ovih snimača po mjestu sadržavala su ukupno 1,2 petabajta podataka.

Drugo, postojao je atomski sat, budući da su precizne vremenske oznake bitne za dobivanje točnih očitanja u nizu. "Veličine je hladnjaka u spavaonici i drži vrijeme na otprilike sekundu svakih deset milijuna godina", rekao je Weintroub.

Neki od uključenih teleskopa bili su nizovi koji su se sastojali od višestrukih tanjira, kao što je Submillimeter Array na Havajima ili Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array u Čileu. Za projekt EHT, ti nizovi moraju djelovati kao jedna stanica. To je uključivalo dodatni korak obrade, kako je Weintroub objasnio: "Umjesto da radimo standardnu ​​obradu koju radimo na signale, gradimo poseban instrument koji zbraja izlaz iz svakog teleskopa u nizu i predstavlja samo jedan signal za digitalizacija.”

Slučajnost lijepog vremena

Nakon što su podaci prikupljeni na svakoj lokaciji teleskopa, poslani su na središnju lokaciju za obradu, bilo u Massachusettsu ili u Bonnu, Njemačka. Ali "1,2 petabajta na svakoj stanici daleko je previše podataka za slanje putem interneta", rekao je Weintroub. "Dakle, mi fizički pakiramo ove diskove u kutiju i šaljemo ih na središnje mjesto."

Međutim, diskovi s teleskopa na Južnom polu pokazali su se izazovom. “Niti FedEx niti UPS ne opslužuju Južni pol, a kada vršimo promatranje u travnju, nema zračnog prijevoza. Krajem veljače ugasili su zrakoplove i tu je samo kostur osoblja koji pakira diskove. Čekamo šest mjeseci prije nego što avion stigne i preuzme diskove. Na kraju smo čekali šest mjeseci na podatke Južnog pola.”

Drugo praktično pitanje bilo je vrijeme na svakom mjestu. Visokofrekventni radioteleskopi, poput onih korištenih u EHT projektu, izuzetno su osjetljivi na vodu u atmosferi i zahtijevaju vedro nebo za učinkovit rad. Stoga je većina teleskopa smještena na visokim nadmorskim visinama s vrlo suhom atmosferom, poput pustinje Atacama u Čileu ili Mauna Kea na Havajima. Unatoč tome, promatranje zahtijeva dobro vrijeme na svakom pojedinom mjestu. “Ako želite da funkcionira, morate imati slučajno dobro vrijeme na svim lokacijama. Ispostavilo se da se to događa prilično rijetko.”

Vremenski uvjeti ne utječu samo na znanost, već i na znanstvenike. Ekstremna nadmorska visina i niska vlažnost donose svoje izazove za ljude koji rade na gradilištima. “Vrlo je malo vodene pare na vrhu planine. To je poput pustinje. Koža ti puca, moraš staviti zaštitu na usne.” A što se tiče nadmorske visine, „nalazimo se na visinama do 6000 metara. Atmosferski tlak je oko 60% onoga na razini mora. Dobijete visinsku bolest i imate glavobolje.” Kako bi se prilagodili uvjetima, znanstvenici se aklimatiziraju provodeći nekoliko dana na sve većim nadmorskim visinama.

Okupljanje ljudi i organizacija

EHT je bio samo jedan od mnogih projekata koji su se natjecali za vrijeme na raznim teleskopima. Teleskopi su previše pretplaćeni, što znači da se za njihovo korištenje prijavljuje više projekata nego što se može dodijeliti, tako da može biti konkurentno dobiti vrijeme na instrumentima. Pokušavamo privući vlade, organizacije i znanstvenike da dopuste EHT-u vrijeme na raznim teleskopa bio je "stvar zavrtanja ruke", posebno prije nego što je EHT-ov značajan rezultat dospio na naslovnice u 2019.

A tu je i problem koordinacije života ogromnog broja ljudi u različitim zemljama. Praktičnost postojanja istraživača koji žive u vremenskim zonama od istočne Azije do Havaja znači da je gotovo nemoguće pronaći vrijeme za sastajanje za telekonferencije. Weintroub je na kraju organizirao dvije verzije svakog globalnog sastanka, samo kako bi svi mogli prisustvovati jednom bez ustajanja usred noći.

Osobni izazovi

Tu je i često zanemaren interpersonalni aspekt suradničkog znanstvenog rada. "Skupljanje svih ovih teleskopa predstavljeno je kao model za ostatak svijeta suradnje, ali je uključivalo komplicirane pregovore", rekao je Weintroub. “Svakako postoji izazov kada suradnja naraste od skupine od 12 istraživača do skupine od preko 250. Unutar suradnje postoji određena količina prirodnog natjecanja i rivalstva. To može biti mali osobni izazov.”

U znanstvenim krugovima relativni doprinos autora objavljenim radovima ogleda se u redoslijedu kojim su njihova imena navedena. Ali pokušaj utvrđivanja pojedinačnih doprinosa svakog istraživača tako velikom projektu bio je u biti nemoguć. Neki članovi tima na projektu su radili desetljeće, dok su se drugi pridružili tek posljednjih nekoliko godina. Postoji i ogroman pritisak na istraživače, posebno one na početku karijere, da se njihovo ime istaknuto u važnim publikacijama.

"Bilo je mnogo rasprava oko autorstva", rekao je Weintroub. Na kraju, u radovima proizašlim iz EHT projekta “autorstvo je čisto abecedno. Nakon što sam bio dio rasprave, to je bio jedini način na koji se to moglo učiniti.”

Izvanredan rezultat

Sav ovaj rad i koordinacija postigli su doista izvanredan rezultat prve slike crne rupe koja se nalazi u galaksiji Messier 87. A EHT projekt će se nastaviti, s još više teleskopa koji će se pridružiti projektu kako bi u budućnosti slikali više crnih rupa s još većom osjetljivošću.

Preporuke urednika

• Snimili su prvu fotografiju crne rupe na svijetu. Sada snimaju spot
• Astronomi žele vašu pomoć u identificiranju tisuća crnih rupa
• Astronomi pretražuju sićušne galaksije kako bi razumjeli evoluciju crnih rupa
• Planeti bi se mogli formirati oko supermasivnih crnih rupa, pokazuje nova studija
• Astronomi otkrivaju 'nemoguću' crnu rupu u našoj galaksiji

Nadogradite svoj životni stilDigitalni trendovi pomažu čitateljima da prate brzi svijet tehnologije sa svim najnovijim vijestima, zabavnim recenzijama proizvoda, pronicljivim uvodnicima i jedinstvenim brzim pregledima.