Astronomen orchestrierten Radio-Dish-Teleskope auf der ganzen Welt in eine virtuelle Kamera in Erdgröße, um ein mutiges neues Experiment durchzuführen, bei dem versucht wurde, das erste Bild eines Schwarzen Lochs zu liefern. Die Teleskop-Zusammenarbeit ist auf eingestellt Machen Sie diese Woche eine große Bekanntgabe der Ergebnisseund die Mitglieder beschrieben ihren Forschungsansatz auch bei einem Vortrag im März.
Schwarze Löcher sind extreme Verzerrungen in der Raumzeit, die so stark sind, dass ihre massive Schwerkraft nicht einmal Licht entweichen lässt, wenn es nahe genug kommt.
Die Idee der Astronomen ist es fotografiere die kreisförmige undurchsichtige Silhouette eines Schwarzen Lochs auf einen hellen Hintergrund werfen. Der Rand des Schattens ist der Ereignishorizont, der Punkt ohne Wiederkehr eines Schwarzen Lochs. Ein Bild sagt mehr als tausend Worte, und ein Foto eines Schwarzen Lochs wäre ein wichtiges Instrument, um Astrophysik, Kosmologie und die Rolle der Schwarzen Löcher im Universum zu verstehen.
Wenn ein Astronaut eine Orange auf die Oberfläche des Mondes legen würde, wäre die Zitrusfrucht von der Erde aus sehr schwer zu sehen. Schwarze Löcher sind genauso schwer zu erkennen, sagte Sheperd Doeleman, der Projektleiter eines ehrgeizigen neuen Projekts namens Event Horizon Telescope.
Doeleman teilte diese Anekdote letzten Monat einem Publikum auf einem Panel des South by Southwest (SXSW) -Festivals in Austin, Texas, mit. Doeleman und seine Kollegen Sera Markoff, Peter Galison und Dimitrios Psaltis beleuchteten die Funktionsweise des Projekts während der SXSW-Veranstaltung. "EHT: Eine planetarische Anstrengung, ein Schwarzes Loch zu fotografieren."
Schwarze Löcher sind im Vergleich zu Planeten und Menschen massive Strukturen. Aber was uns groß erscheint, ist im galaktischen Maßstab winzig klein. Das Fotografieren des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs ist also kompliziert.
"Eines der EHT-Ziele ist etwa 10 Prozent der Größe unseres Sonnensystems", sagte Sera Markoff, Astrophysikerin an der Universität Amsterdam, während des Panels. Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße heißt Schütze A *, ist ungefähr so groß wie die Umlaufbahn von Merkur, fügte Doeleman hinzu.
Wenn ein Raumschiff Astronomen aus der Milchstraße herausreißen könnte, die laut Markoff etwa 50 Milliarden Mal größer ist als Schütze A *, wäre es ziemlich schwierig, dieses Schwarze Loch unter den Milliarden anderer Sterne und Planeten in der Galaxie zu entdecken.
Um das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße zu beobachten oder ein anderes Projektziel zu sehen - das supermassive Schwarze Loch im Kern der übergroßen elliptischen Galaxie Messier 87 - musste das EHT-Team die Erde in ein virtuelles Teleskop verwandeln Plattform. Das liegt daran, dass die Fähigkeit eines Teleskops, Bilder aufzulösen, auf die Größe seiner Schale beschränkt ist. Durch die Verwendung einer Reihe von Instrumenten auf der ganzen Welt zerlegt das Team die Schale effektiv und verteilt die Teile global, um ein großes Weltraumauge zu schaffen.
Die an den Beobachtungen von EHT 2017 beteiligten Radioteleskop-Observatorien waren ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array in Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) in Chile; IRAM 30 m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) in Spanien; LMT (Large Millimeter Telescope) in Mexiko; SMT (Submillimeter Telescope) in Arizona, JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) in Hawaii, SMA (SubMillimeter Array) in Hawaii und SPT (South Pole Telescope) in der Antarktis.
Koordinierte Beobachtungen wurden auch in den Röntgen- und Gammastrahlenbändern gemacht.
Schütze A * schlummert, was bedeutet, dass er nicht viele Sterne und Gase in der Nähe aktiv verbraucht und Strahlung freisetzt. In Messier 87 lauert ein aktives Schwarzes Loch. Um das supermassereiche Schwarze Loch in der Nachbarschaft und das weiter entfernte zu sehen, müssen die Teleskope "den gesamten Bereich des elektromagnetischen Spektrums vom Radio bis zu den Gammastrahlen" beobachten, sagte Markoff.
War Einstein zu 100% richtig?
Im Kern des Projekts wollen die 200 Wissenschaftler laut Psaltis, einem Astronomen und Physiker an der Universität von Arizona, zwei Fragen beantworten. Das erste ist einfach, wenn das Fotografieren eines Schwarzen Lochs möglich ist. Aber die zweite wichtige Frage ist, ob Einstein zu 100 Prozent Recht hatte, wie sich Schwarze Löcher verhalten.
"Einstein hat uns vor 100 Jahren genau gesagt, wie groß und wie groß der Schatten dieses [Schwarzen Lochs] sein sollte. Wenn wir ein Lineal über diesen Schatten legen könnten, könnten wir Einsteins Theorie der Grenze des Schwarzen Lochs testen." Sagte Doeleman.
Das Team wollte auch Modelle bauen, die Schwarze Löcher unter verschiedenen Umständen beschreiben und dann mit EHT-Beobachtungen verglichen werden.
In der bei SXSW beschriebenen Arbeit verwendete das Team Grafikprozessoren (GPUs), wie sie in Ihren bevorzugten Videospielkonsolen oder Ihrem Computer verwendet werden, um alle hypothetischen Varianten einer Black-Hole-Umgebung zu modellieren. Sie produzierten Hunderte von Gigabyte 3D-Volumendaten, um die Möglichkeiten zu modellieren. Psaltis sagte, dass Photonen, Plasma, Gas und Magnetfelder alle in der Vorhersage eines Schwarzen Lochs beschrieben sind.
Sobald sie eines erhalten haben, kann das Team ein Bild des Schattens eines Schwarzen Lochs mit den verschiedenen von den GPUs verarbeiteten Szenarien vergleichen, um auf der Grundlage unseres derzeitigen Verständnisses der Physik die realistischste Simulation des Verhaltens eines Schwarzen Lochs zu erstellen.
"Was das Bild des Schwarzen Lochs für uns tun könnte, wenn wir es bekommen könnten, wäre, etwas zu nehmen, das am extremsten ist, die seltsamste Vorhersage der allgemeinen Relativitätstheorie, eine der großen Errungenschaften des menschlichen Geistes, [und] es zu kombinieren mit der fortschrittlichsten Elektronik mit einer Zusammenarbeit im Planetenmaßstab mit den fortschrittlichsten Statistiken [und] neuen Bildgebungstechniken ", sagte Galison, Professor an der Harvard University, während des Panels. "Es ist, als würde man eine neue Kamera mit einer neuen Art von Film herstellen, einer neuen Art von Objektiv, die auf einmal mit anderen Kameras kombiniert wird, und wenn das passieren könnte, wenn wir tatsächlich einsteigen und direkt am Horizont sehen könnten . "
Galison fügte hinzu, dass das erste Bild eines Schwarzen Lochs zweifelsohne beweisen würde, dass diese gigantischen, mächtigen und schwer fassbaren Strukturen existieren.
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