Am Mittwochabend starteten 120 Astronomen aus 8 Observatorien auf vier Kontinenten ihren ersten Versuch, ein Schwarzes Loch zu fotografieren. Die Dreharbeiten begannen am 5. April und dauern bis zum 14. April dieses Jahres. Das Beobachtungsobjekt war die Nähe von zwei supermassiven Schwarzen Löchern, eines in der Mitte unserer Milchstraße, das andere in der benachbarten Galaxie Messier 87. Das erste ist nah, aber klein im Durchmesser, das zweite ist sehr weit, aber riesig. Wessen besser untersucht werden - vorerst die Frage. Der uns am nächsten liegende Schütze A * (
Schütze A * ) befindet sich im Zentrum unserer Milchstraßengalaxie in einer Entfernung von 26.000 Lichtjahren. Weit 6 Milliarden Mal mehr als die Masse unserer Leuchte, daher ist der Horizont der Ereignisse um ihn herum größer. Schütze A * wiegt 1,5 Tausendmal weniger und passt in einen Raum, der kleiner ist als das Volumen in der Umlaufbahn des Merkur.
Gopal Narayanan, Professor für Astronomie an der Universität von Massachusetts in Amherst, erklärt die Bedeutung der Beobachtung: „Einsteins allgemeine Relativitätstheorie basiert auf der Idee, dass Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie kombiniert werden können und dass es eine großartige, einheitliche Theorie grundlegender Konzepte gibt. Der Ereignishorizont des Schwarzen Lochs ist genau der Ort, an dem diese mögliche Assoziation am besten untersucht werden kann. "Wir werden die Ergebnisse erst 2018 kennen, wenn Computer die empfangenen Daten verarbeiten. Am Ende des Beitrags gibt es ein vorgeschlagenes Bild, das wir prüfen sollten, ob Einsteins Theorie korrekt ist.
Um den Ereignishorizont von unterschiedlichen Radioteleskopen aus zu beobachten und jeden Teil des Himmels zu untersuchen, haben Astronomen ein virtuelles Radioteleskop von der Größe der Erde geschaffen. 8 Observatorien in 6 Territorialpunkten schießen.
Das Projekt umfasst das Massachusetts Institute of Technology Observatory (eine führende Organisation), das Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik, das Joint Observatory ALMA (Chile), das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und das Institute of Radio Astronomy. Max Planck (Deutschland), Concepcion University (Chile), Institut für Astronomie und Astrophysik an der Zentralakademie von Taiwan (ASIAA, Taiwan), Japan National Astronomical Observatory (NAOJ) und Onsala Observatory (Schweden). Die Kombination von Radioteleskopen ist wichtig für die Beobachtung sich schnell bewegender Prozesse im Universum, zu denen beispielsweise Supernovaexplosionen und kosmische Strahlungsflüsse gehören, sowie für detaillierte Untersuchungen kleiner entfernter kosmischer Objekte wie des Schwarzen Lochs Schütze A *. Die Fähigkeiten der leistungsstärksten optischen Teleskope sind begrenzt, wenn selbst die massereichsten Objekte beobachtet werden, und Schwarze Löcher sind äußerst kompakt.
Durch die Verknüpfung der Leistung von Radioteleskopen in verschiedenen Teilen der Welt haben Astronomen die Möglichkeit, extrem weit entfernte Weltraumobjekte mit einer Klarheit von zwei Millionen Mal so scharf wie das menschliche Sehen zu betrachten. Wenn eine Person eine solche Vision hätte, würde sie eine Grapefruit oder eine CD auf dem Mond liegen sehen.
Die Einführung dieses „virtuellen“ Teleskops mit dem Namen
Event Horizon Telescope wurde in den letzten zwanzig Jahren
durch die Entwicklung von VLBI-Technologien (Very Long Baseline Interferometry)
vorangetrieben . Das weltweit größte Millimeter-Radioteleskop, das Atacama-Observatorium für große Millimeter / Submillimeter-Arrays (ALMA) auf dem Chachnantor-Hochplateau in Chile, arbeitet ebenfalls mit demselben Modell. Vom 5. bis 14. April verwandelt die VLBI-Technologie im EHT-Projekt alle daran angeschlossenen Teleskope in ein riesiges Teleskop von der Größe unseres Planeten. Die Kräfte der empfindlichsten Funkobservatorien der Welt in Chile, Spanien, Kalifornien, Arizona, den Hawaii-Inseln und dem Südpol der Erde wurden kombiniert. Die größte von ihnen - die oben erwähnte ALMA - besteht aus 54 Parabolantennen mit einem Durchmesser von 12 Metern und 12 Platten mit einem Durchmesser von 7 Metern.
Eine weitere faszinierende Idee, die in diesem Experiment untersucht werden kann, ist das sogenannte "Informationsparadoxon". Dieses Phänomen ist Stephen Hawkings Vorhersage, dass Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt, außerhalb des bekannten Universums nicht verloren gehen kann und irgendwie zurückfließen muss. Hier, um zu sehen, wie es fließt und Astronomen wollen. Energie oder Information, die durch Hawking-Strahlung ein Schwarzes Loch verlässt, ist ein Quanteneffekt. Wissenschaftler sehen regelmäßig den Abfluss großer Plasmastrahlen aus dem Zentrum von Galaxien, in denen Schwarze Löcher angenommen werden oder sich befinden. Wenn es eine Verbindung zwischen Schwarzen Löchern und diesen Jets (oder anderen Informations- und Energieverlusten) gibt, werden die wahren Ereignishorizonte im engeren Sinne der kollabierten Objekte in unserem Universum nicht gebildet.
Hat Einstein recht?
Sie können das Schwarze Loch selbst nicht sehen, aber die Substanz, die hineinfällt, ist möglich. Staub, Gas und nahegelegene Sterne erzeugen eine Region mit hohen Energien um Schwarze Löcher oder die sogenannte
Akkretionsscheibe , in der Materie wie in einem Trichter komprimiert und verdreht und erwärmt wird. Dank hoher Energien beginnt die Substanz in der Nähe des „Ereignishorizonts“ hell zu leuchten - der Grenze, nach der das Schwarze Loch keine Strahlung und Informationen von sich selbst abgibt. So sehen wir das Bild der Materie, das vom Schwarzen Loch „aufgefressen“ wird, einem bestimmten Schatten des Schwarzen Lochs.
Das moderne kosmologische Standardmodell ΛCDM (Lambda-CiDiEM) geht davon aus, dass die allgemeine Relativitätstheorie die korrekte Gravitationstheorie auf kosmologischen Skalen ist und unser Standort im Universum nicht besonders unterschieden wird, dh in ausreichend großem Maßstab sieht das Universum in alle Richtungen gleich aus (Isotropie). und von jedem Ort (Einheitlichkeit). Dies kann auch bestätigt oder widerlegt werden.
Schwarze Löcher kombinieren die Eigenschaften, die durch zwei grundlegende physikalische Theorien unserer Zeit beschrieben werden - die Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie (Theorie großer Strukturen) und die Quantenmechanik (Theorie kleiner Entfernungen). Die enorme Masse des Schwarzen Lochs erfordert die Verwendung der allgemeinen Relativitätstheorie, um die dadurch verursachte Krümmung der Raum-Zeit zu beschreiben. Die geringe Größe des Schwarzen Lochs und interne Prozesse erfordern jedoch den Einsatz der Quantenmechanik. Bisher war es nicht möglich, beide Theorien zu kombinieren. Die Kombination von Theorien führt zu unnatürlichen Gleichungen - daraus folgt beispielsweise die unendliche Dichte eines Schwarzen Lochs. Zu Beginn des Jahres 2015 hat das Event Horizon Telescope (EHT) bereits die Magnetfelder in der Nähe dieses Schwarzen Lochs gemessen, aber ihre Struktur war äußerst ungewöhnlich - die Magnetfeldstärke in einigen Regionen der Scheibe änderte sich alle 15 Minuten und ihre Konfiguration war in verschiedenen Winkeln sehr unterschiedlich.
Nach einigen Berechnungen der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein können wir auf den Bildern den „Halbmond“ des Lichts sehen, der einen vollständig schwarzen „Tropfen“ umgibt. Dieses Licht wird von der Materie unmittelbar vor dem Moment emittiert, an dem sie die Grenze des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs passiert. Am Ereignishorizont von Schütze A * erwarten Wissenschaftler viele Ausbrüche. Diese Punktblitze werden dort regelmäßig mit hoher Frequenz erzeugt - einmal am Tag. Basierend auf früheren Beobachtungen beobachteten mehrere Observatorien etwas Ähnliches wie Ausbrüche - Blitzemissionen von Schütze A *. Aufgrund der aktuellen Forschung können Astronomen ihren Ursprung verfolgen und den Prozess ihrer Reduktion beobachten.
Mit der erfolgreichen Entwicklung von Ereignissen werden Hot Spots zu einem Marker für die Struktur des temporären Raums in dieser starken Gravitationsregion. "Dies öffnet die Tür für die Möglichkeit, eine Tomographie des temporären Raums durchzuführen - diese Stellen bewegen sich, sie entstehen in verschiedenen Beobachtungsbereichen", sagte Avery Broderick, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der University of Waterloo, bei einer EHT-Präsentation zuvor. „Es gibt nur zwei Orte im Universum, an denen man die starke Schwerkraft in großem, sehr großem Maßstab und um kompakte Objekte herum untersuchen kann“, erinnert er sich.
Wenn wir etwas sehen, das sich grundlegend von dem unterscheidet, was wir erwarten, müssen die Physiker beispielsweise die Gravitationstheorie überdenken.
Die ersten Bilder des Schwarzen Lochs, die wir sehen können, werden frühestens 2018 erscheinen. Schauen Sie sich in der Zwischenzeit an, was wir ungefähr in diesen Bildern sehen können, die als Ergebnis einer Computersimulation erstellt wurden.
Das Kombinieren von Daten und das Erstellen eines gemeinsamen Bildes unter Verwendung von Messungen des Ereignishorizontteleskops ist eine falsche Aufgabe, da jedes der Ergebnisse eine unendliche Anzahl möglicher Bilder enthält, die die erhaltenen Daten erklären. Die Aufgabe der Astronomen ist es, eine Erklärung zu finden, die diese vorläufigen Annahmen berücksichtigt und gleichzeitig die beobachteten Daten erfüllt. Die Winkelauflösung des Teleskops, die erforderlich ist, um eine ausreichende Datenmenge zu erhalten, erfordert die Überwindung vieler Probleme und erschwert die eindeutige Rekonstruktion des Bildes. Beispielsweise führen bei den beobachteten Wellenlängen schnell wechselnde Inhomogenitäten in der Atmosphäre zu Messfehlern. Es wird ständig nach zuverlässigen Algorithmen gesucht, mit denen Bilder im Feinwinkelauflösungsmodus wiederhergestellt werden können.
Bisher wird die Aufgabe des Bereinigens, Interpretierens und Konvertierens der empfangenen Daten in ein hochauflösendes Bild vom CHIRP-Algorithmus (Continuous High-Resolution Image Reconstruction using Patch Priors) ausgeführt, der von einer Gruppe von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology entwickelt wurde. Wenn Sie sich jedoch mit Physik und Mathematik auskennen, haben die Autoren von CHIRP
auf der MIT-Website einfache Online-Tools für solche Wissenschaftler
veröffentlicht , mit deren Hilfe jeder mit Programmierkenntnissen seine eigene Version des Algorithmus für die Verarbeitung von Daten aus dem Event Horizon-Teleskop erstellen und testen kann. Plötzlich können Sie das Problem aus einem völlig unkonventionellen Blickwinkel betrachten und eine einzigartige Methode zur Lösung anbieten. Ich habe wirklich keine Informationen über die Belohnung gefunden. Aber vielleicht sah ich schlecht aus.
In einer Reihe von Tools:
- Integrierter Trainingsdatensatz
- Real Data Dimension Set
- Standardisierter Datensatz zum Testen von Bildwiederherstellungsalgorithmen
- Interaktive quantitative Schätzung der Algorithmuseffizienz anhand simulierter Testdaten
- Qualitativer Vergleich der Algorithmusleistung während der Rekonstruktion realer Daten
- Das Online-Formular steht für die Modellierung realistischer Daten mithilfe proprietärer Bildparameter und eines Teleskops
Geektimes hat bereits im
vergangenen Jahr über die Vorbereitung des Teleskops EHT geschrieben