Afgelopen april kwam een coalitie van honderden wetenschappers van over de hele wereld samen om iets te bereiken dat voorheen als onmogelijk werd beschouwd: het produceren van de allereerste afbeelding van een zwart gat, als onderdeel van het Event Horizon Telescope (EHT)-project.
Inhoud
- Telescopen achteraf inbouwen voor een nieuwe functie
- Toevallig mooi weer
- Mensen en organisaties bij elkaar brengen
- Persoonlijke uitdagingen
- Een opmerkelijk resultaat
Jonathan Weintroub is een elektrotechnisch ingenieur en wetenschapper die een leidende rol speelde bij het ontwerp van de digitale instrumentatie voor de hele array, en die vanaf het begin bij de EHT betrokken is geweest stadia. Digital Trends sprak met hem over de uitdagingen van het samenbrengen van zoveel mensen, instellingen en telescopen met één gemeenschappelijk doel.
Samenwerking is de superkracht van de mensheid. Het heeft een aantal van de belangrijkste vooruitgangen mogelijk gemaakt die de wereld ooit heeft gezien, en in deze serie we laten enkele van de meest ongelooflijke en inspirerende voorbeelden zien van goede samenwerking nu.
Telescopen achteraf inbouwen voor een nieuwe functie
Het project vereiste het gebruik van acht verschillende telescopen op zes verschillende locaties. Deze telescopen waren echter niet op maat gemaakt voor deze taak: Weintroub en zijn collega's namen bestaande telescopen en voorzagen ze van nieuwe apparatuur om ze onderdeel te maken van een mondiale array.
Verwant
- Hubble heeft mogelijk de ‘ontbrekende schakel’ gevonden in de vorming van zwarte gaten
- Hubble brengt stoffig sterrenstelsel in beeld om meer te weten te komen over superzware zwarte gaten
- Astronomen leggen uit wat hongerige superzware zwarte gaten voedde bij het aanbreken van het universum
De meeste telescopen waren enkele parabolische schotels, zoals de Zuidpooltelescoop op Antarctica of de IRAM 30-meter telescoop in Spanje, “zodat ze lijken op je schotelantenne voor je televisie, maar dan groter”, zegt Weintroub uitgelegd. Het team voorzag elke schotel van twee apparaten: ten eerste was er een digitale backend bestaande uit een analoog-naar-digitaal-omzetter en een Linux-computer met 256 terabytes aan opslagruimte per recorder. Vier van deze recorders per locatie bevatten in totaal 1,2 petabyte aan gegevens.
Ten tweede was er een atoomklok, omdat nauwkeurige tijdstempels essentieel zijn voor het verkrijgen van nauwkeurige metingen over de hele array. “Het heeft de grootte van een koelkast in een slaapzaal en houdt de tijd bij tot op een seconde per tien miljoen jaar”, zegt Weintroub.
Sommige van de betrokken telescopen waren arrays bestaande uit meerdere schotels, zoals de Submillimeter Array in Hawaï of de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array in Chili. Voor het EHT-project moeten deze arrays als één station fungeren. Dit bracht een extra verwerkingsstap met zich mee, zoals Weintroub uitlegde: “In plaats van de standaardverwerking die we op de signalen, bouwen we een speciaal instrument dat de output van elke telescoop in de array optelt en er slechts één signaal voor presenteert digitaliseren.”
Toevallig mooi weer
Nadat de gegevens op elke telescooplocatie waren verzameld, werden deze voor verwerking naar een centrale locatie gestuurd, hetzij in Massachusetts of in Bonn, Duitsland. Maar “1,2 petabytes op elk station is veel te veel data om via internet te verzenden”, aldus Weintroub. “Dus we verpakken deze schijven fysiek in een doos en verzenden ze naar een centrale locatie.”
De schijven van de telescoop op de Zuidpool vormden echter een uitdaging. “Noch FedEx, noch UPS bedient de Zuidpool, en als we in april de observatie doen, is er geen luchtdienst. Eind februari hebben ze de vliegtuigen stilgelegd en is er alleen nog maar een staf die de schijven inpakt. We wachten zes maanden voordat er een vliegtuig arriveert en de ritten overneemt. Uiteindelijk hebben we zes maanden moeten wachten op de Zuidpoolgegevens.”
Een ander praktisch probleem was het weer op elke locatie. Hoogfrequente radiotelescopen, zoals die welke in het EHT-project worden gebruikt, zijn extreem gevoelig voor water in de atmosfeer en vereisen een heldere hemel om effectief te kunnen functioneren. Vandaar dat de meeste telescopen zich op grote hoogte bevinden met een zeer droge atmosfeer, zoals de Atacama-woestijn in Chili of Mauna Kea op Hawaï. Toch vereist de observatie goed weer op elke afzonderlijke locatie. “Als je wilt dat het werkt, moet je op alle locaties toevallig goed weer hebben. Dat gebeurt nogal zelden, zo blijkt.”
De weersomstandigheden hebben niet alleen invloed op de wetenschap, maar ook op de wetenschappers. De extreme hoogte en de lage luchtvochtigheid brengen hun eigen uitdagingen met zich mee voor de mensen die op de locaties werken. “Er is heel weinig waterdamp op de top van de berg. Het is als een woestijn. Je huid scheurt, je moet bescherming op je lippen aanbrengen.” En als het om hoogte gaat: “We bevinden ons op hoogten tot 6.000 meter. De atmosferische druk bedraagt ongeveer 60% van die op zeeniveau. Je krijgt hoogteziekte en je krijgt hoofdpijn.” Om zich aan de omstandigheden aan te passen, acclimatiseren de wetenschappers door een paar dagen op steeds grotere hoogte door te brengen.
Mensen en organisaties bij elkaar brengen
EHT was slechts een van de vele projecten die met de verschillende telescopen om tijd streden. Telescopen zijn overtekend, wat betekent dat er meer projecten zich aanmelden om ze te gebruiken dan er toegewezen kunnen worden, waardoor het concurrerend kan zijn om tijd voor de instrumenten te krijgen. Proberen regeringen, organisaties en wetenschappers bij elkaar te krijgen om de EHT tijd te geven voor de verschillende telescopen was een ‘kwestie van arm draaien’, vooral voordat het baanbrekende resultaat van EHT de krantenkoppen haalde 2019.
En er is de kwestie van het coördineren van een groot aantal mensen die in verschillende landen wonen. De praktische aspecten van het hebben van onderzoekers die in tijdzones van Oost-Azië tot Hawaï wonen, betekenen dat het bijna onmogelijk is om een tijdstip te vinden om elkaar te ontmoeten voor teleconferenties. Weintroub organiseerde uiteindelijk twee versies van elke mondiale bijeenkomst, zodat iedereen er één kon bijwonen zonder midden in de nacht op te hoeven staan.
Persoonlijke uitdagingen
Er is ook het vaak over het hoofd geziene interpersoonlijke aspect van collaboratief wetenschappelijk werk. “Het samenbrengen van al deze telescopen is gepresenteerd als een model voor de rest van de wereld van samenwerking, maar het bracht wel ingewikkelde onderhandelingen met zich mee,” zei Weintroub. “Het is zeker een uitdaging als de samenwerking groeit van een groep van twaalf onderzoekers naar een groep van ruim 250. Binnen de samenwerking is er een zekere mate van natuurlijke concurrentie en rivaliteit. Het kan een kleine persoonlijke uitdaging zijn.”
De Event Horizon-telescoop - Hallo van de LMT
In wetenschappelijke kringen wordt de relatieve bijdrage van auteurs aan gepubliceerde artikelen weerspiegeld in de volgorde waarin hun namen worden vermeld. Maar het was in wezen onmogelijk om de individuele bijdragen van elke onderzoeker aan zo'n groot project te bepalen. Sommige teamleden werkten al tien jaar aan het project, terwijl anderen pas de laatste paar jaar erbij kwamen. En er is een enorme druk op onderzoekers, vooral degenen die nog in het begin van hun carrière staan, om hun naam prominent in belangrijke publicaties te laten verschijnen.
“Er was veel discussie over auteurschap”, zei Weintroub. Uiteindelijk is het auteurschap in de artikelen die voortkomen uit het EHT-project “puur alfabetisch. Nadat we deel uitmaakten van het debat, was dit de enige manier waarop dit had kunnen gebeuren.”
Een opmerkelijk resultaat
Al dit werk en deze coördinatie hebben geleid tot een werkelijk opmerkelijk resultaat van de allereerste afbeelding van een zwart gat, gelegen in het sterrenstelsel Messier 87. En het EHT-project zal worden voortgezet, waarbij nog meer telescopen zich bij het project zullen aansluiten om in de toekomst nog meer zwarte gaten met een nog grotere gevoeligheid in beeld te brengen.
Aanbevelingen van de redactie
- Ze maakten de eerste foto van een zwart gat ter wereld. Nu zijn ze een video aan het opnemen
- Astronomen hebben jouw hulp nodig om duizenden zwarte gaten te identificeren
- Astronomen doorzoeken kleine sterrenstelsels om de evolutie van zwarte gaten te begrijpen
- Planeten zouden zich rond superzware zwarte gaten kunnen vormen, zo blijkt uit nieuw onderzoek
- Astronomen ontdekken een ‘onmogelijk’ zwart gat in ons sterrenstelsel
Upgrade uw levensstijlMet Digital Trends kunnen lezers de snelle technische wereld in de gaten houden met het laatste nieuws, leuke productrecensies, inzichtelijke redactionele artikelen en unieke sneak peeks.
