Event Horizon Telescope: Prosjektet for å ta det aller første Black Hole-bildet


Astronomer orkestriserte radioteleskoper over hele verden til et virtuelt kamera i jordstørrelse for et dristig nytt eksperiment som forsøker å levere det første bildet av et svart hull. Teleskopssamarbeidet er satt til gi en stor kunngjøring av resultater denne uken, og medlemmene beskrev også deres forskningsstrategi ved en diskusjon i mars.

Svarte hull er ekstreme warps i romtid som er så sterke, deres massive tyngdekraft lar ikke engang slippe unna når det nærmer seg nok.

Astronomernes ide er å fotograf den sirkulære ugjennomsiktige silhuetten av et svart hull kast på en lys bakgrunn. Skyggenes kant er hendelseshorisonten, et svart hulls punkt uten retur. Et bilde er verdt tusen ord, og et fotografi av et svart hull ville være et viktig verktøy for å forstå astrofysikk, kosmologi og rollen som svarte hull i universet.

I slekt: "Banebrytende resultat" som kommer fra Black Hole Jumping Event Horizon Telescope

En fortsatt av en videosimulering som viser hva en svart hullskygge kan se ut. Animasjonen ble omtalt i en kort film om Event Horizon Telescope (EHT) prosjektet, produsert av Peter Galison og Chyld King. Se en livestreamed kunngjøring av Event Horizon Telescope sine første resultater 10. april 2019 klokka 9:00 EDT her: Nsf.gov/blackholes

Hvis en astronaut la en oransje på overflaten av månen, ville citrusfruen være svært vanskelig å se fra jorden. Svarte hull er like vanskelig å se, sa Sheperd Doeleman, prosjektleder for et ambisiøst nytt prosjekt kalt Event Horizon Telescope.

Doeleman delte denne anekdoten med et publikum på et panel på South-Southwest (SXSW) -festivalen i Austin, Texas, i forrige måned. Doeleman og andre samarbeidspartnere Sera Markoff, Peter Galison og Dimitrios Psaltis opplyser hvordan prosjektet fungerer under SXSW-arrangementet, "EHT: En planetarisk forsøk på å fotografere et svart hull."

Svarte hull er massive strukturer i forhold til planeter og mennesker. Men det som virker stort for oss, er på galaktisk skala, teeny-liten. Så fotograferer et svart hulls hendelseshorisont komplisert.

Kunstnerens inntrykk avbilder et raskt spinnende supermassivt svart hull omgitt av en accretion-disk. Denne tynne disken av roterende materiale består av rester av en sollignende stjerne som ble revet fra hverandre av tidevannskrefter i det svarte hullet. Støt i kolliderende rusk samt varme generert i accretion førte til en utbrudd av lys, som ligner en supernova-eksplosjon.

(Bilde: © ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser / N. Bartmann)

"Et av EHT-målene er omtrent 10 prosent av størrelsen på vårt solsystem," sa Sera Markoff, en astrofysiker fra University of Amsterdam, under panelet. Det supermassive sorte hullet i sentrum av Milky Way, kalt Skytten A *, er omtrent størrelsen på bane Mercury, la Doeleman til.

Hvis et romskip kunne zip astronomer ut av Milky Way, som er ca 50 milliarder ganger større enn Skytten A *, ifølge Markoff, så spotting dette svarte hullet blant milliarder av andre stjerner og planeter i galaksen ville være ganske vanskelig.

Å observere det supermassive sorte hullet i midten av Melkeveisens galakse, eller for å se et annet av prosjektets mål – det supermassive sorte hullet i kjernen av den supergiant elliptiske galaksen Messier 87 – EHT-teamet måtte snu jorden til et virtuelt teleskop plattform. Det er fordi forstørrelsen av et teleskop er begrenset til størrelsen på parabolen, og ved å bruke en rekke instrumenter over hele verden, bryter teamet effektivt opp parabolen og sprer bitene globalt for å lage et stort romøye.

I slekt: Dette store, svarte hullet spinner på halvparten av lysets hastighet!

South Pole Telescope opplyst av Milky Way og Aurora Australis (Southern Lights). Se en livestreamed kunngjøring av Event Horizon Telescope sine første resultater 10. april 2019 klokka 9:00 EDT her: Nsf.gov/blackholes

(Bilde: © Daniel Michalik / South Pole Telescope)

Radioteleskop observatoriene involvert i EHTs 2017 observasjoner var ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array i Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) i Chile; IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) i Spania; LMT (Large Millimeter Telescope) i Mexico; SMT (Submillimeter Telescope) i Arizona; JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) i Hawaii; SMA (SubMillimeter Array) i Hawaii; og SPT (South Pole Telescope) i Antarktis.

Koordinert observasjon ble også gjort i røntgen- og gammastrålebåndene.

Skytten A * er sovende, noe som betyr at den ikke aktivt bruker mye nærliggende stjerner og gass, og frigjør stråling. Et aktivt svart hull lurker inne Messier 87. For å se det supermassive svarte hullet og den som lengter lenger, må teleskopene observere "hele spektret av det elektromagnetiske spektret, fra radioen til gammastrålene," sa Markoff.

Event Horizon Telescope-nettverket, kartlagt på Google Maps med data fra NASA og TerraMetrics. Se en livestreamed kunngjøring av Event Horizon Telescope sine første resultater 10. april 2019 klokka 9.00. EDT her: Nsf.gov/blackholes

Event Horizon Telescope-nettverket, kartlagt på Google Maps med data fra NASA og TerraMetrics. Se en livestreamed kunngjøring av Event Horizon Telescope sine første resultater 10. april 2019 klokka 9:00 EDT her: Nsf.gov/blackholes

(Bilde: © Event Horizon Telescope)

Var Einstein 100% riktig?

Ved prosjektets kjerne vil 200 forskere svare på to spørsmål, ifølge Psaltis, en astronom og fysiker ved University of Arizona. Den første er ganske enkelt hvis fotografering av et svart hull er mulig. Men den andre viktige tingen de spør er om Einstein var 100 prosent riktig om hvordan svarte hull oppfører sig.

"Einstein fortalte oss for 100 år siden akkurat hva størrelsen og formen til det [black hole’s] Skyggen skal være. Hvis vi kunne legge en linjal over den skyggen, ville vi kunne teste Einsteins teori om den svarte hulgrensen, sa Doeleman.

Laget ønsket også å bygge modeller som ville beskrive sorte hull i ulike omstendigheter, som da vil bli sammenlignet med EHT observasjoner.

Denne infografien viser en simulering av utstrømningen (lysrød) fra et svart hull og akkretjonsdisken rundt den, med simulerte bilder av de tre potensielle figurene i hendelseshorisontens skygge.

(Bilde: © ESO / N. Bartmann / A. Broderick / C.K. Chan / D. Psaltis / F. Ozel)

I arbeidet som ble beskrevet på SXSW, brukte teamet grafikkbehandlingsenheter (GPUer), som de som brukes i dine favorittvideospillkonsoller eller datamaskinen, til å modellere alle hypotetiske varianter av et svart hulls miljø. De produserte hundrevis av gigabyte 3D-volumdata for å modellere mulighetene. Psaltis sa fotoner, plasma, gass og magnetfelt er alle beskrevet i et svart hulls prognose.

Når de får en, kan laget sammenligne et bilde av et svart hulls skygge i de forskjellige scenariene som behandles av GPUene for å gjøre den mest realistiske simuleringen av hvordan et svart hull oppfører seg, basert på vår nåværende forståelse av fysikk.

"Hva det svarte hullbildet kan gjøre for oss, hvis vi kan få det, ville være å ta noe som er den mest ekstreme, den underligste prediksjonen av generell relativitet, en av de store prestasjonene i det menneskelige sinnet, [and] kombinere den med den mest avanserte elektronikken med et planetarisk samarbeid med den mest avanserte statistikken [and] nye bildebehandlingsteknikker, sier Galison, professor ved Harvard University, under panelet. "Det er som å lage et nytt kamera med en ny type film, en ny type objektiv, kombinere den med andre kameraer samtidig, og hvis det kan skje hvis vi faktisk kunne komme inn og se helt nær horisonten. "

Galison la til at det første bildet av et svart hull ville vise seg, utover en skygge av tvil – meningene – at disse gigantiske, mektige og unnvikende strukturer eksisterer.

Følg Doris Elin Salazar på Twitter @salazar_elin. Følg oss på Twitter @Spacedotcom og på Facebook.