Radiophysiker haben einen Weg gefunden, ein Schwarzes Loch zu "fotografieren"
Zunächst werden wir das Objekt Schütze A * (4,31 Millionen Sonnenmassen, vermutlich ein Schwarzes Loch) im Zentrum unserer Galaxie untersuchen
Forscher des Labors für Informatik und künstliche Intelligenz des Massachusetts Institute of Technology, des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und des Haystack Observatory haben einen neuen Algorithmus entwickelt , der zum ersten Mal in der Geschichte dazu beitragen wird, ein reales Bild eines Schwarzen Lochs zu erhalten. Genauer gesagt, der Bereich der Raum-Zeit, in dessen Zentrum das Schwarze Loch selbst liegt, das per Definition unsichtbar ist.Natürlich ist das Internet voller Bilder von Schwarzen Löchern, und in Science-Fiction-Filmen und TV-Shows haben wir Hunderte Male Schwarze Löcher gesehen. All dies ist jedoch eine Erfindung der Vorstellungskraft von Künstlern, Designern und Wissenschaftlern selbst, die nur davon ausgehen, wie die Umgebung des Ereignishorizonts aussehen könnte.Wenn die Berechnungen amerikanischer Radiophysiker korrekt sind und ihre Bemühungen von Kollegen aus anderen Ländern unterstützt werden, werden wir bald die Wahrheit herausfinden.„Das Schwarze Loch ist sehr, sehr weit entfernt und ein sehr kompaktes Objekt“, erklärt Katie Bouman, Hauptautorin des Papiers und Doktorandin am Massachusetts Institute of Technology. "[Ein Schwarzes Loch in der Mitte der Milchstraße zu nehmen] ist wie eine Grapefruit auf der Mondoberfläche zu fangen, aber nur mit einem Radioteleskop."Das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie befindet sich in einer Entfernung von 26.000 Lichtjahren und ist von einer strahlenden Gaswolke mit einem Durchmesser von etwa 1,8 Parsec umgeben. Darüber hinaus wird der Durchmesser des Schwarzen Lochs selbst auf nur 44 Millionen km geschätzt, was mit dem Radius der Umlaufbahn von Merkur, dem Planeten, der der Sonne des Sonnensystems am nächsten liegt, vergleichbar ist. Um ein so entferntes und winziges Objekt zu erkennen, ist ein Teleskop mit einem Durchmesser von 10.000 Kilometern erforderlich. Es ist sehr schwierig, es zu bauen, da der Durchmesser der Erde nur 12 742 km beträgt.Da der Bau eines Teleskops von der Größe der Erde keine Option ist, musste ich nach einer anderen Lösung suchen. Wissenschaftler haben einen Algorithmus entwickelt, der Daten von Radioteleskopen rund um den Planeten in einer einzigen Einheit integriert, um Rauschen herauszufiltern und ein synthetisches Bild zu erstellen. Das Projekt wurde Event Horizon Telescope genannt: Ereignishorizont-Teleskop."Radiowellen haben viele Vorteile", sagt Bowman. - Wenn Funkemissionen durch Wände dringen, passieren sie auch galaktische Staubwolken. "Wir würden niemals in der Lage sein, das Zentrum unserer Galaxie im sichtbaren Bereich zu sehen, weil zwischen uns zu viel von allem ist."
Die Position des Sonnensystems (in der Mitte des gelben Punkts) relativ zum Zentrum der Galaxie, in der sich das supermassereiche Schwarze Loch befindet.Die Vorteile von Radioteleskopen implizieren jedoch ihre Nachteile. Aufgrund der Notwendigkeit, sehr lange Wellen zu registrieren, muss die Antennengröße gigantisch sein. Jetzt hat das größte Radioteleskop mit einer Antenne auf der Erde einen Antennendurchmesser von 304 Metern. Aus praktischen Gründen verwenden Astrophysiker daher Funkinterferometer- Ein Werkzeug für Radioastronomie-Beobachtungen mit hoher Winkelauflösung, das aus mindestens zwei Antennen besteht, die in einem Abstand voneinander angeordnet und über eine Kabelleitung verbunden sind.ArbeitsprinzipWenn wir zwei Antennen nehmen, die sich in einem Abstand d (Basis) voneinander befinden, kommt das Signal von der Quelle zu einer von ihnen etwas früher als zur anderen. Wenn dann Signale von zwei Antennen gestört werden, können Informationen über die Quelle mit effektiver Auflösung aus dem resultierenden Signal unter Verwendung eines speziellen mathematischen Reduktionsverfahrens wiederhergestellt werden 
. Dieses Reduktionsverfahren wird als Apertursynthese bezeichnet .
Tatsächlich ist das Event Horizon Telescope ein so gigantisches Funkinterferometer.Bowman und Kollegen haben bereits die Unterstützung von sechs Observatorien in verschiedenen Teilen der Welt in Anspruch genommen, die sich bereit erklärt haben, am Event Horizon Telescope-Projekt teilzunehmen. Eine Bestätigung der Teilnahme anderer Observatorien wird in den kommenden Wochen erwartet.Nach dem Plan wird zunächst das Funkinterferometer am Objekt Schütze A getestet - einer komplexen Funkquelle im Zentrum unserer Galaxie. Es enthält die Überreste einer Supernova (Schütze A Ost), eines Komplexes aus drei Gas- und Staubwolken (Schütze A West) und das interessanteste ist Schütze A * , angeblich ein supermassives Schwarzes Loch. Es emittiert im Infrarot-, Röntgen- und anderen Bereich.Daten von diesem Objekt werden aus dem Rauschen herausgefiltert und verwendet, um ein synthetisches Bild eines Schwarzen Lochs und des umgebenden Raums zu erzeugen.Ein von Radiophysikern entwickelter Algorithmus zur Synthese von Daten aus Radioteleskopen zu einem einzigen Bild heißt CHIRP (Continuous High-Resolution Image Reconstruction using Patch Priors). Nach dem Training mit Schütze A * soll es verwendet werden, um andere große und kleine Schwarze Löcher in verschiedenen Regionen unserer Galaxie sowie darüber hinaus zu beobachten.Heutzutage werden Schwarze Löcher von Observatorien mithilfe von Computer-Scans aufgezeichnet, die helle Lichtblitze aufzeichnen, beispielsweise wenn ein Stern absorbiert wird, aus dem ein Schwarzes Loch das Plasma „saugt“.
Die erhaltenen Koordinaten werden verwendet, um das Funkinterferometer des Event Horizon Telescope zu steuern und den CHIRP-Algorithmus unter Verwendung von Methoden zu lehren, die jetzt in Bildverarbeitungsalgorithmen verwendet werden. Im Laufe der Zeit wird das Programm in der Lage sein, solche Muster unabhängig zu erkennen.Die wissenschaftliche Arbeit einer Gruppe von Forschern des Massachusetts Institute of Technology, des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik und des Haystack-Observatoriums mit Einzelheiten zum entwickelten Algorithmus wird am 27. Juni 2016 auf der Konferenz über Computer Vision und Mustererkennung in Las Vegas vorgestellt. Danach haben andere Wissenschaftler die Möglichkeit, die Berechnungen amerikanischer Kollegen zu überprüfen. Wenn alles korrekt ist, erhalten wir das erste Bild eines Schwarzen Lochs seit etwa einem Jahr.Wir freuen uns darauf.Source: https://habr.com/ru/post/de394807/
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