Como os cientistas colaboraram para criar a primeira imagem do mundo de um buraco traseiro

Em abril passado, uma coalizão de centenas de cientistas de todo o mundo se uniu para alcançar algo que antes era considerado impossível: produzir o primeira imagem de um buraco negro, como parte do projeto Event Horizon Telescope (EHT).

Jonathan Weintroub é um engenheiro elétrico e cientista que desempenhou um papel importante no projeto do instrumentação digital para todo o conjunto e que esteve envolvido com o EHT desde o seu início estágios. A Digital Trends conversou com ele sobre os desafios de reunir tantas pessoas, instituições e telescópios com um objetivo comum.

Este artigo faz parte de nossa série Inovação por meio da colaboração

A colaboração é o superpoder da humanidade. Permitiu alguns dos avanços mais significativos que o mundo já viu e, nesta série, apresentaremos alguns dos exemplos mais incríveis e inspiradores de colaboração acontecendo da maneira certa agora.

Retrofit de telescópios para uma nova função

O projeto exigiu o uso de oito telescópios diferentes em seis locais diferentes. No entanto, estes telescópios não foram feitos à medida para esta tarefa – Weintroub e os seus colegas pegaram nos telescópios existentes e equiparam-nos com novos equipamentos para os tornar parte de um conjunto global.

A maioria dos telescópios eram antenas parabólicas únicas, como o Telescópio do Pólo Sul na Antártida ou o IRAM Telescópio de 30 metros na Espanha, “para que se pareçam com a antena parabólica da sua televisão, mas maiores”, Weintroub explicou. A equipe instalou dois equipamentos em cada antena: primeiro, havia um backend digital composto por um conversor analógico para digital e um computador Linux com 256 terabytes de armazenamento por gravador. Quatro desses gravadores por local continham um total de 1,2 petabytes de dados.

Em segundo lugar, havia um relógio atômico, já que carimbos de data/hora precisos são essenciais para obter leituras precisas em todo o conjunto. “É do tamanho de uma geladeira de dormitório e marca o tempo em cerca de um segundo a cada dez milhões de anos”, disse Weintroub.

Alguns dos telescópios envolvidos eram conjuntos compostos por múltiplas antenas, como o Submillimeter Array no Havaí ou o Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array no Chile. Para o projeto EHT, essas matrizes precisam atuar como uma estação única. Isto envolveu uma etapa extra de processamento, como explicou Weintroub: “Em vez de fazer o processamento padrão que fazemos no sinais, construímos um instrumento especial que soma a saída de cada telescópio do conjunto e apresenta apenas um sinal para digitalização.”

Uma coincidência de bom tempo

Depois que os dados foram coletados em cada local do telescópio, eles foram enviados para um local central para processamento, em Massachusetts ou em Bonn, na Alemanha. Mas “1,2 petabytes em cada estação são dados demais para serem enviados pela Internet”, disse Weintroub. “Então embalamos fisicamente esses discos em uma caixa e os enviamos para um local central.”

Os discos do telescópio no Pólo Sul, no entanto, revelaram-se um desafio. “Nem a FedEx nem a UPS atendem o Pólo Sul, e quando fazemos a observação em abril não há serviço aéreo. No final de fevereiro, eles desligaram os aviões e só havia uma equipe reduzida lá, que embalava os discos. Esperamos seis meses antes que um avião chegue e faça a viagem. Acabamos esperando seis meses pelos dados do Pólo Sul.”

Outra questão prática foi o clima em cada local. Os radiotelescópios de alta frequência, como os utilizados no projecto EHT, são extremamente sensíveis à água na atmosfera e requerem céu limpo para funcionarem eficazmente. É por isso que a maioria dos telescópios está localizada em locais de grande altitude com atmosferas muito secas, como o deserto do Atacama, no Chile, ou Mauna Kea, no Havaí. Mesmo assim, a observação exige bom tempo em todos os locais. “Se quiser que funcione, é preciso que haja coincidência de bom tempo em todos os locais. Acontece que isso acontece com pouca frequência.”

As condições climáticas não afetam apenas a ciência, mas também os cientistas. A altitude extrema e a baixa umidade trazem seus próprios desafios para as pessoas que trabalham nas obras. “Há muito pouco vapor de água no topo da montanha. É como um deserto. Sua pele racha, você precisa colocar proteção nos lábios.” E quando se trata de altitude, “estamos em altitudes de até 6.000 metros. A pressão atmosférica é cerca de 60% daquela ao nível do mar. Você fica com o mal da altitude e com dores de cabeça.” Para se adaptarem às condições, os cientistas aclimatam-se passando alguns dias em altitudes cada vez mais elevadas.

Encurralando pessoas e organizações

O EHT foi apenas um dos muitos projetos competindo por tempo nos vários telescópios. Os telescópios estão com excesso de inscrições, o que significa que mais projetos se candidatam para usá-los do que podem ser alocados, por isso pode ser competitivo conseguir tempo nos instrumentos. Tentar encurralar governos, organizações e cientistas para permitir que o EHT tenha tempo nos vários telescópios era uma “questão de torcer o braço”, especialmente antes do resultado histórico do EHT chegar às manchetes 2019.

E há a questão de coordenar um grande número de pessoas que vivem em países diferentes. A praticidade de ter pesquisadores vivendo em fusos horários que vão do Leste Asiático ao Havaí significa que é quase impossível encontrar um horário para se reunirem para teleconferências. Weintroub acabou organizando duas versões de cada encontro global, apenas para que todos pudessem participar de um sem ter que se levantar no meio da noite.

Desafios pessoais

Há também o aspecto interpessoal frequentemente esquecido do trabalho científico colaborativo. “A reunião de todos estes telescópios foi apresentada como um modelo para o resto do mundo de colaboração, mas envolveu negociações complicadas”, disse Weintroub. “Há certamente um desafio quando a colaboração cresce de um grupo de 12 investigadores para um grupo de mais de 250. Dentro da colaboração, existe uma certa competição e rivalidade naturais. Pode ser um desafio pessoal.”

Nos círculos científicos, as contribuições relativas dos autores aos artigos publicados refletem-se na ordem em que seus nomes são listados. Mas tentar determinar as contribuições individuais de cada pesquisador para um projeto tão grande era essencialmente impossível. Alguns membros da equipe trabalhavam no projeto há uma década, enquanto outros só ingressaram nos últimos anos. E há uma enorme pressão sobre os investigadores, especialmente aqueles em início de carreira, para que o seu nome seja destacado em publicações importantes.

“Houve muito debate em torno da autoria”, disse Weintroub. Afinal, nos artigos resultantes do projeto EHT, “a autoria é puramente alfabética. Depois de fazer parte do debate, só assim poderia ter sido feito.”

Um resultado notável

Todo este trabalho e coordenação alcançaram um resultado verdadeiramente notável da primeira imagem de um buraco negro, localizado na galáxia Messier 87. E o projeto EHT continuará, com ainda mais telescópios a juntarem-se ao projeto para obter imagens de mais buracos negros com ainda maior sensibilidade no futuro.

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