Cum au colaborat oamenii de știință pentru a crea prima imagine a unei găuri din spate din lume

În aprilie anul trecut, o coaliție de sute de oameni de știință din întreaga lume s-a reunit pentru a realiza ceva care anterior fusese considerat imposibil: producerea prima imagine a unei găuri negre, ca parte a proiectului Event Horizon Telescope (EHT).

Jonathan Weintroub este un inginer electrician și om de știință care a jucat un rol principal în proiectarea instrumente digitale pentru întreaga matrice și care a fost implicat cu EHT încă de la început etape. Digital Trends a vorbit cu el despre provocările de a reuni atât de mulți oameni, instituții și telescoape cu un scop comun.

Acest articol face parte din seria noastră, Inovație prin colaborare

Colaborarea este superputerea umanității. A permis unele dintre cele mai semnificative progrese pe care le-a văzut vreodată lumea, iar în această serie, vom prezenta câteva dintre cele mai incredibile și inspirate exemple de colaborare care se întâmplă corect acum.

Adaptarea telescoapelor pentru o nouă funcție

Proiectul a necesitat utilizarea a opt telescoape diferite în șase locații diferite. Aceste telescoape nu au fost însă personalizate pentru această sarcină – Weintroub și colegii săi au luat telescoape existente și le-au echipat cu echipamente noi pentru a le face parte dintr-o matrice globală.

Cele mai multe dintre telescoape erau antene parabolice unice, cum ar fi Telescopul de la Polul Sud din Antarctica sau IRAM Telescop de 30 de metri în Spania, „deci arată ca antena dvs. de satelit pentru televizor, dar mai mare”, Weintroub explicat. Echipa a montat două echipamente pe fiecare antenă: mai întâi, a existat un backend digital format dintr-un convertor analog-digital și un computer Linux cu 256 terabytes de stocare per recorder. Patru dintre aceste înregistratoare pe site dețineau un total de 1,2 petaocteți de date.

În al doilea rând, a existat un ceas atomic, deoarece marcajele de timp precise sunt esențiale pentru obținerea unor citiri precise în cadrul matricei. „Este de dimensiunea unui frigider de cămin și păstrează timpul în aproximativ o secundă la fiecare zece milioane de ani”, a spus Weintroub.

Unele dintre telescoapele implicate erau rețele constând din mai multe antene, cum ar fi Submillimeter Array din Hawaii sau Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array din Chile. Pentru proiectul EHT, aceste rețele trebuie să acționeze ca o singură stație. Aceasta a implicat un pas suplimentar de procesare, după cum a explicat Weintroub: „În loc să facem procesarea standard pe care o facem pe semnale, construim un instrument special care însumează ieșirea de la fiecare telescop din matrice și prezintă doar un semnal pentru digitalizarea.”

O coincidență a vremii bune

Odată ce datele au fost colectate la fiecare loc de telescop, acestea au fost trimise într-o locație centrală pentru procesare, fie în Massachusetts, fie în Bonn, Germania. Dar „1,2 petaocteți la fiecare stație reprezintă mult prea multe date pentru a fi trimise prin internet”, a spus Weintroub. „Așa că împachetăm fizic aceste discuri într-o cutie și le expediem într-o locație centrală.”

Discurile de la telescopul de la Polul Sud s-au dovedit însă o provocare. „Nici FedEx sau UPS nu deservesc Polul Sud, iar când facem observația în aprilie, nu există servicii aeriene. Până la sfârșitul lunii februarie, au oprit avioanele și există doar un personal schelet acolo, care împachetează discurile. Așteptăm șase luni înainte să sosească un avion și să ia drumul. Am ajuns să așteptăm șase luni pentru datele de la Polul Sud.”

O altă problemă practică a fost vremea de la fiecare amplasament. Radiotelescoapele de înaltă frecvență, precum cele utilizate în proiectul EHT, sunt extrem de sensibile la apa din atmosferă și necesită cer senin pentru a funcționa eficient. De aceea, majoritatea telescoapelor sunt situate în locații de mare altitudine, cu atmosfere foarte uscate, cum ar fi Deșertul Atacama din Chile sau Mauna Kea din Hawaii. Chiar și așa, observația necesită vreme bună în fiecare loc. „Dacă vrei să funcționeze, trebuie să ai o coincidență de vreme bună la toate site-urile. Asta se întâmplă destul de rar, după cum se dovedește.”

Condițiile meteorologice nu afectează doar știința, ci și oamenii de știință. Altitudinea extremă și umiditatea scăzută aduc propriile provocări pentru oamenii care lucrează la șantier. „Există vapori de apă foarte scăzuti în vârful muntelui. Este ca un deșert. Ți se crapă pielea, trebuie să-ți protejezi buzele.” Și când vine vorba de altitudine, „Suntem la altitudini de până la 6.000 de metri. Presiunea atmosferică este de aproximativ 60% din cea de la nivelul mării. Ai rău de înălțime și ai dureri de cap.” Pentru a se adapta la condiții, oamenii de știință se aclimatizează petrecând câteva zile la altitudini din ce în ce mai mari.

Adunarea oamenilor și organizațiilor

EHT a fost doar unul dintre multele proiecte care au concurat pentru timp pe diferite telescoape. Telescoapele sunt supra-abonate, ceea ce înseamnă că se aplică mai multe proiecte pentru a le folosi decât pot fi alocate, astfel încât poate fi competitiv pentru a obține timp pentru instrumente. Încercarea de a bloca guvernele, organizațiile și oamenii de știință pentru a acorda timp EHT pentru diverse telescoapele a fost o „chestiune de răsucire a brațului”, mai ales înainte ca rezultatul emblematic al EHT să apară titluri în 2019.

Și există problema coordonării unui număr mare de oameni care trăiesc în diferite țări. Caracteristicile practice ale cercetătorilor care trăiesc în zonele orare din Asia de Est până în Hawaii înseamnă că este aproape imposibil să găsești un moment pentru a te întâlni pentru teleconferințe. Weintroub a ajuns să organizeze două versiuni ale fiecărei întâlniri globale, doar pentru ca toată lumea să poată participa la una fără a fi nevoie să se trezească în miezul nopții.

Provocări personale

Există, de asemenea, aspectul interpersonal, adesea trecut cu vederea, al muncii științifice colaborative. „Adunarea tuturor acestor telescoape a fost prezentată ca un model pentru restul lumii de colaborare, dar a implicat negocieri complicate”, a spus Weintroub. „Cu siguranță există o provocare atunci când colaborarea crește de la un grup de 12 cercetători la un grup de peste 250. În cadrul colaborării, există o anumită concurență naturală și rivalitate. Poate fi o mică provocare personală.”

În cercurile științifice, contribuțiile relative ale autorilor la lucrările publicate se reflectă în ordinea în care sunt enumerate numele lor. Dar încercarea de a determina contribuțiile individuale ale fiecărui cercetător la un proiect atât de uriaș a fost în esență imposibilă. Unii membri ai echipei au lucrat la proiect de un deceniu, în timp ce alții s-au alăturat doar în ultimii câțiva ani. Și există o presiune enormă asupra cercetătorilor, în special a celor de la începutul carierei, pentru ca numele lor să fie prezentat în mod vizibil în publicații importante.

„A existat o mulțime de dezbateri în jurul autorului”, a spus Weintroub. Până la urmă, în lucrările rezultate din proiectul EHT, „paternitatea este pur alfabetică. După ce a fost parte a dezbaterii, acesta a fost singurul mod în care s-ar fi putut face.”

Un rezultat remarcabil

Toată această muncă și coordonare au obținut un rezultat cu adevărat remarcabil al primei imagini a unei găuri negre, situată în galaxia Messier 87. Și proiectul EHT va continua, cu și mai multe telescoape aderându-se la proiect pentru a imaginea mai multe găuri negre cu o sensibilitate și mai mare în viitor.

Recomandările editorilor

• Au făcut prima fotografie cu o gaură neagră din lume. Acum filmează un videoclip
• Astronomii doresc ajutorul tău pentru a identifica mii de găuri negre
• Astronomii caută galaxii mici pentru a înțelege evoluția găurilor negre
• Planetele s-ar putea forma în jurul găurilor negre supermasive, arată un nou studiu
• Astronomii descoperă o gaură neagră „imposibilă” în galaxia noastră

Îmbunătățește-ți stilul de viațăDigital Trends îi ajută pe cititori să țină cont de lumea rapidă a tehnologiei cu toate cele mai recente știri, recenzii distractive despre produse, editoriale perspicace și anticipări unice.