과학자들이 세계 최초로 백홀 이미지를 만들기 위해 협력한 방법

지난 4월, 전 세계 수백 명의 과학자 연합이 이전에는 불가능하다고 여겨졌던 일을 달성하기 위해 모였습니다. 블랙홀의 최초 이미지, EHT(Event Horizon Telescope) 프로젝트의 일부로.

조나단 웨인트로브(Jonathan Weintroub)는 전기공학자이자 과학자로, 전체 어레이에 대한 디지털 계측 및 초기부터 EHT에 참여한 사람 단계. Digital Trends는 그와 함께 많은 사람, 기관, 망원경을 하나의 공통된 목표로 모으는 데 따른 어려움에 대해 이야기했습니다.

이 기사는 협업을 통한 혁신 시리즈의 일부입니다.

협업은 인류의 초능력입니다. 이는 지금까지 세계에서 가장 중요한 발전을 가능하게 했으며, 이 시리즈에서는 가장 놀랍고 영감을 주는 협업의 올바른 사례를 소개하겠습니다. 지금.

새로운 기능을 위해 망원경 개조

이 프로젝트에는 6개의 서로 다른 위치에서 8개의 서로 다른 망원경을 사용해야 했습니다. 하지만 이 망원경은 이 작업을 위해 맞춤 제작된 것이 아닙니다. Weintroub와 그의 동료들은 기존 망원경을 가져와 새로운 장비를 장착하여 글로벌 배열의 일부로 만들었습니다.

대부분의 망원경은 남극 대륙의 남극 망원경이나 IRAM과 같은 단일 포물선 접시였습니다. 스페인의 30미터 망원경, “TV용 위성 접시처럼 보이지만 더 크다”, Weintroub 설명했다. 팀은 각 접시에 두 가지 장비를 장착했습니다. 첫째, 아날로그-디지털 변환기와 레코더당 256TB의 저장 공간을 갖춘 Linux 컴퓨터로 구성된 디지털 백엔드가 있었습니다. 사이트당 이러한 레코더 중 4개는 총 1.2페타바이트의 데이터를 보유했습니다.

둘째, 어레이 전체에서 정확한 판독값을 얻으려면 정확한 타임스탬프가 필수적이므로 원자 시계가 있었습니다. Weintroub는 “기숙사 냉장고 크기이며 천만년마다 약 1초 이내의 시간을 유지합니다.”라고 말했습니다.

관련된 망원경 중 일부는 하와이의 Submillimeter Array 또는 칠레의 Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array와 같은 여러 접시로 구성된 배열이었습니다. EHT 프로젝트의 경우 이러한 어레이는 단일 스테이션 역할을 해야 합니다. Weintroub이 설명했듯이 여기에는 추가 처리 단계가 필요했습니다. “우리가 수행하는 표준 처리를 수행하는 대신 신호를 얻기 위해 우리는 어레이에 있는 각 망원경의 출력을 합산하고 하나의 신호만 표시하는 특수 장비를 구축합니다. 디지털화 중입니다.”

날씨가 좋은 우연의 일치

각 망원경 사이트에서 데이터가 수집되면 처리를 위해 매사추세츠나 독일 본에 있는 중앙 위치로 전송되었습니다. 그러나 "각 스테이션의 1.2페타바이트는 인터넷을 통해 전송하기에는 너무 많은 데이터입니다"라고 Weintroub은 말했습니다. "그래서 우리는 이러한 디스크를 상자에 물리적으로 포장하여 중앙 위치로 배송합니다."

그러나 남극 망원경의 디스크는 도전적인 것으로 판명되었습니다. “FedEx나 UPS는 모두 남극에 서비스를 제공하지 않으며, 4월에 관측을 할 때 항공 서비스는 없습니다. 2월 말까지 그들은 비행기를 폐쇄했고 거기에는 디스크를 포장하는 해골 직원만 남았습니다. 우리는 비행기가 도착하고 운전을 하기까지 6개월을 기다립니다. 우리는 남극 데이터를 얻기 위해 6개월을 기다렸습니다.”

또 다른 실질적인 문제는 각 현장의 날씨였습니다. EHT 프로젝트에 사용되는 것과 같은 고주파 전파 망원경은 대기 중 수분에 매우 민감하며 효과적으로 작동하려면 맑은 하늘이 필요합니다. 따라서 대부분의 망원경은 칠레의 아타카마 사막이나 하와이의 마우나 케아와 같이 대기가 매우 건조한 고지대에 위치해 있습니다. 그럼에도 불구하고 관측을 위해서는 모든 현장의 날씨가 좋아야 합니다. “이것이 작동하려면 모든 현장에서 우연의 일치로 좋은 날씨가 필요합니다. 밝혀진 바에 따르면 그런 일은 꽤 드물게 일어납니다.”

기상 조건은 과학뿐만 아니라 과학자들에게도 영향을 미칩니다. 극도의 고도와 낮은 습도는 현장에서 일하는 사람들에게 어려움을 안겨줍니다. “산 정상에는 수증기가 매우 적습니다. 사막과 같습니다. 피부가 갈라졌으니 입술도 보호해야 해요.” 그리고 고도에 관해서는 “우리는 최대 6,000미터의 고도에 있습니다. 대기압은 해수면의 약 60%이다. 고산병에 걸리고 두통이 옵니다.” 조건에 적응하기 위해 과학자들은 점점 더 높은 고도에서 며칠을 보내 적응합니다.

사람과 조직을 모으는 것

EHT는 다양한 망원경에서 시간을 두고 경쟁하는 많은 프로젝트 중 하나일 뿐입니다. 망원경은 구독자가 너무 많아 할당된 것보다 더 많은 프로젝트를 사용하기 위해 신청하므로 장비에 시간을 투자하는 것이 경쟁적일 수 있습니다. 정부, 조직, 과학자들을 모아 다양한 분야에서 EHT 시간을 허용하려고 노력합니다. 망원경은 특히 EHT의 획기적인 결과가 헤드라인을 장식하기 전에는 "팔을 비틀는 문제"였습니다. 2019.

그리고 서로 다른 나라에 살고 있는 수많은 사람들을 조정하는 문제도 있습니다. 연구자들이 동아시아에서 하와이에 이르는 시간대에 거주한다는 현실성으로 인해 원격회의를 위해 만날 시간을 찾는 것이 거의 불가능합니다. Weintroub은 결국 모든 사람이 한밤중에 일어나지 않고도 참석할 수 있도록 각 글로벌 회의를 두 가지 버전으로 구성했습니다.

개인적인 도전

공동 과학 연구에서 종종 간과되는 대인 관계 측면도 있습니다. Weintroub는 "이러한 모든 망원경을 하나로 모으는 것은 나머지 협력 세계의 모델로 제시되었지만 복잡한 협상이 필요했습니다"라고 말했습니다. “협력이 12명의 연구원 그룹에서 250명 이상의 그룹으로 성장하면 분명히 어려움이 있습니다. 협업에는 어느 정도 자연스러운 경쟁과 경쟁이 존재합니다. 조금 개인적인 도전이 될 수도 있어요.”

과학계에서는 출판된 논문에 대한 저자의 상대적 기여도가 이름이 나열된 순서대로 반영됩니다. 그러나 이렇게 거대한 프로젝트에 대한 각 연구자의 개별 기여도를 파악하는 것은 본질적으로 불가능했습니다. 일부 팀원은 10년 동안 프로젝트에 참여해 왔지만 다른 팀원은 최근 몇 년 동안 합류했습니다. 그리고 연구자, 특히 경력 초기의 연구자에게는 중요한 출판물에 자신의 이름이 눈에 띄게 나타나도록 하는 엄청난 압력이 있습니다.

Weintroub는 “저작자 여부를 둘러싸고 많은 논쟁이 있었습니다.”라고 말했습니다. 결국 EHT 프로젝트에서 나온 논문에서는 “저자는 순전히 알파벳순이다. 토론에 참여한 후에는 이것이 할 수 있는 유일한 방법이었습니다.”

놀라운 결과

이 모든 작업과 조정은 은하 메시에 87에 위치한 최초의 블랙홀 이미지라는 정말 놀라운 결과를 얻었습니다. 그리고 EHT 프로젝트는 계속될 것이며, 앞으로 더 많은 망원경이 프로젝트에 참여하여 더 많은 감도로 더 많은 블랙홀을 이미지화할 것입니다.

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