科学者たちがどのように協力して世界初の後孔の画像を作成したか

昨年 4 月、世界中から数百人の科学者が集結し、これまで不可能と考えられていたことを達成しました。 史上初のブラックホールの画像、Event Horizo​​n Telescope (EHT) プロジェクトの一環として。

ジョナサン・ワイントローブは、電気技師であり科学者であり、 アレイ全体のデジタル計測器、および EHT の初期からの関与者 段階。 Digital Trends は、非常に多くの人々、機関、望遠鏡を 1 つの共通の目的に結び付ける際の課題について彼に話を聞きました。

この記事はシリーズ「コラボレーションによるイノベーション」の一部です。

コラボレーションは人類のスーパーパワーです。 これにより、世界がこれまでに見た中で最も重要な進歩のいくつかが可能になり、このシリーズでは、 コラボレーションが正しく行われている、最も信じられないほど刺激的な例をいくつか紹介します。 今。

新しい機能を備えた望遠鏡の改造

このプロジェクトでは、6 つの異なる場所にある 8 つの異なる望遠鏡を使用する必要がありました。 ただし、これらの望遠鏡はこの任務のために特注で作られたものではありません。ワイントルーブ氏と彼の同僚は既存の望遠鏡を使用し、新しい機器を取り付けて地球規模のアレイの一部にしました。

ほとんどの望遠鏡は、南極の南極望遠鏡や IRAM など、単一の放物線状の皿でした。 スペインにある 30 メートルの望遠鏡、「テレビ用のパラボラアンテナに似ていますが、それよりも大きいです」とワイントルーブ氏 と説明した。 チームは各ディッシュに 2 つの機器を取り付けました。まず、アナログ - デジタル コンバーターと、レコーダーあたり 256 テラバイトのストレージを備えた Linux コンピューターで構成されるデジタル バックエンドがありました。 サイトあたり 4 台のこれらのレコーダーには、合計 1.2 ペタバイトのデータが保存されていました。

2 番目に、アレイ全体で正確な読み取り値を取得するには正確なタイムスタンプが不可欠であるため、原子時計がありました。 「これは寮の冷蔵庫ほどの大きさで、1,000万年に1秒以内の時間を維持します」とワイントローブ氏は語った。

関与した望遠鏡の中には、ハワイのサブミリ波アレイやチリのアタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイなど、複数のアンテナから構成されるアレイもありました。 EHT プロジェクトの場合、これらのアレイは単一のステーションとして機能する必要があります。 ワイントローブ氏が説明したように、これには追加の処理ステップが必要でした。 信号を受信するために、アレイ内の各望遠鏡からの出力を合計し、1 つの信号だけを提示する特別な機器を構築します。 デジタル化しています。」

良い天気の偶然

各望遠鏡サイトでデータが収集されると、処理のためにマサチューセッツ州またはドイツのボンにある中央拠点に送信されます。 しかし、「各ステーションで 1.2 ペタバイトのデータは、インターネット経由で送信するには多すぎます」とワイントローブ氏は述べています。 「そこで、これらのディスクを箱に物理的に梱包し、中央の場所に発送します。」

しかし、南極の望遠鏡からの円盤は困難であることが判明しました。 「フェデックスもUPSも南極点にはサービスを提供しておらず、私たちが観測を行う4月には航空サービスはありません。 2月下旬までに飛行機は閉鎖され、そこにはディスクを梱包する骸骨のスタッフだけがいる。 飛行機が到着してドライブに行くまで6か月待ちます。 結局、南極のデータが届くまで6か月待つことになりました。」

もう 1 つの実際的な問題は、各現場の天候でした。 EHT プロジェクトで使用されているような高周波電波望遠鏡は、大気中の水分に非常に敏感であり、効果的に動作するには晴天が必要です。 ほとんどの望遠鏡が、チリのアタカマ砂漠やハワイのマウナケアなど、大気が非常に乾燥した高地に設置されているのはそのためです。 それでも、観測にはどの地点でも好天が必要です。 「うまくいきたいなら、すべての現場で偶然好天が起こる必要がある。 結局のところ、そのようなことはかなりまれに起こります。」

気象条件は科学だけでなく科学者にも影響を与えます。 極端な高度と低い湿度は、現場で働く人々に独自の課題をもたらします。 「山の頂上では水蒸気が非常に少ないです。 まるで砂漠のようだ。 皮膚がひび割れてしまうので、唇を保護する必要があります。」 そして標高に関して言えば、「私たちは標高6,000メートルまで登っています。 大気圧は海面の約60％です。 高山病になり、頭痛もします。」 状況に適応するために、科学者たちは、ますます高地で数日間過ごして順応させます。

人や組織を囲い込む

EHT は、さまざまな望遠鏡で時間を争う多くのプロジェクトのうちの 1 つにすぎません。 望遠鏡は申し込みが殺到しており、割り当てられる以上に多くのプロジェクトが望遠鏡の使用を申請しているため、機器の使用時間を確保するのが競争になる可能性があります。 政府、組織、科学者を囲い込んで、さまざまな問題に EHT の時間を与えようとしている 特に EHT の画期的な結果が新聞の見出しになる前は、望遠鏡は「腕をひねる問題」でした。 2019.

そして、さまざまな国に住む膨大な数の人々を調整するという問題もあります。 研究者が東アジアからハワイまでのタイムゾーンに住んでいるという現実的なことは、電話会議のために会う時間を見つけるのがほぼ不可能であることを意味します。 ワイントルーブ氏は、全員が真夜中に起きずに 1 つの会議に参加できるように、各世界会議を 2 つのバージョンで企画することになりました。

個人的な課題

共同科学研究において見落とされがちな対人関係の側面もあります。 「これらすべての望遠鏡の統合は、他の世界の協力モデルとして提示されてきましたが、それには複雑な交渉が必要でした」とワイントルーブ氏は語った。 「共同研究が 12 人の研究者のグループから 250 人以上のグループに拡大すると、確かに課題が生じます。 コラボレーションの中には、ある程度の自然な競争とライバル関係が存在します。 それは少し個人的な挑戦になるかもしれません。」

科学界では、出版された論文に対する著者の相対的な貢献が、名前のリストの順序に反映されます。 しかし、このような巨大プロジェクトに対する各研究者の個々の貢献を判断しようとすることは本質的に不可能でした。 チームメンバーの中には、10 年間このプロジェクトに取り組んでいる人もいますが、ここ数年で参加したばかりの人もいます。 そして、研究者、特にキャリアの初期の研究者には、重要な出版物で自分の名前を目立つように取り上げなければならないという大きなプレッシャーがかかっています。

「著者については多くの議論がありました」とワイントローブ氏は語った。 結局のところ、EHT プロジェクトから得られた論文では、「著者名は純粋にアルファベット順です。 議論に参加した後では、これが唯一の方法でした。」

注目に値する結果

このすべての作業と調整により、銀河メシエ 87 に位置するブラック ホールの史上初の画像という真に注目に値する結果が達成されました。 そして、EHT プロジェクトは継続され、将来的にはさらに多くのブラック ホールをより高い感度で画像化するために、さらに多くの望遠鏡がプロジェクトに参加します。

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