Kara Delik "Gerçek" Resimli Kitap: El çizimlerinden standart fotoğraflara, 40 yıllık teknolojik değişime tanıklık eden
Dünyanın dört bir yanındaki çok sayıda astronomik gözlemevi ve bilim adamının gücüyle, insanlık nihayet dünyadan 55 milyon ışıkyılı uzaklıktaki kara deliklerin "gerçeğini" gördü.
1979'da elle çizilmiş ilk kara delik el yazmasının yayınlanmasından 2019'da ilk kara delik fotoğrafının yayınlanmasına kadar 40 yıl geçti. Gelişmiş tespit teknolojisi ve veri işleme yöntemleri, insanlığın bilimsel hayal gücünün ve gerçekliğin bu kadar yakın olabileceğini doğrulamasına izin verdi.
40 yıl önceki siyah beyaz bir el yazmasına benziyor
İlk kara delik fotoğrafı 10 Nisan'da saat 21'de Şangay ve Taipei, Çin ve dünyanın diğer altı yerinde yayınlandı. Kara delik görüntüsü, Başak Gökada Kümesi'ndeki süper kütleli galaksi Messier 87'nin merkezindeki kara deliği ortaya çıkarıyor. Kara deliğin kütlesi, Güneş'inkinin 6,5 milyar katıdır. İlk bakışta, fotoğraf düzensiz bir çörek veya ocaktaki kömür ateşine benziyor. Dıştaki daire turuncu-kırmızı halodur ve merkezdeki loş alan "kara delik gölgesidir".
"Event Horizon Telescope (EHT) tarafından şekil veya renk fark etmeksizin herhangi bir açıdan çekilen kara delik görüntüsü, 1989'daki siyah beyaz el yazmamı temel alan bir bilgisayar simülasyonuna benziyor. görüntü. "
Fransız astrofizikçi, Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nin (CNRS) şu anki yöneticisi ve ilk kara delik simülasyon haritasının yazarı Jean-Pierre Luminet 11 Nisan'da ilkini gördü. Zhang Heidong'un fotoğrafından sonra, CBN muhabirine böyle bir paragraf gönderdi.
Kara deliğin ortaya çıkması, "Yıldızlararası" da dahil olmak üzere Hollywood bilim kurgu filmlerindeki kara deliklerin hayal gücünü de doğruluyor.
"İnsanlar, resmin teorik hesaplama modeliyle bu kadar tutarlı olmasına şaşırıyor ve Einstein bir kez daha doğru olduğu kanıtlandı." EHT projesine katılan İngiltere Londra Üniversitesi Koleji'nden Dr. Ziri Younsi, resim ve teori Fizikçiler ve Hollywood yönetmenlerinin tasavvur ettiği kara delik benzerdir. Kara delikler çok basit nesneler olmasına rağmen, insanın evren ve doğa hakkındaki düşüncelerini en derin seviyede tetikler ve hatta insanlığın nihai varoluşu ile ilgilidir dedi.
Yüz yıl önce, Einstein'ın genel görelilik teorisinin ortaya atılmasından kısa bir süre sonra, bazı bilim adamları, kara deliklerin etrafında bükülen ışık olgusunu tartıştılar. 1970'lerde James Bardeen, Luminne ve diğerleri bir kara deliğin görüntüsünü hesapladılar.
Luminne şöyle hatırladı: "İlk kara delik haritasını çizme işi, Baltien'in Fransa, Les Houches'deki yaz okulunda Kerr kara deliği üzerinde çalışıp analiz ettiği 1972 yılına dayanıyor. Ayrıca kara deliğin dönüşünün olay ufku projeksiyonunun şeklini nasıl etkilediğini de hesapladı. Elde ettiği sonuç, kara deliğin dönüşü tepe açısına yakın olduğunda D şeklinde bir gölge oluşacak. "
1978'de Paris Meudon Gözlemevi'nde genç bir araştırmacı iken Luminé, bir kara deliğin olay ufkunun ilk "portresini" çizmeye başladı. Matematiksel geçmişiyle, ilk kez bir kara deliğin görünümünü simüle etmek için 1960'lardan bir IBM 7040 zımba bilgisayarı kullandı.
Ancak o sırada gelişmiş bir çizim yazılımı olmadığı için Luminne bu süper zor kara delik haritasını çıplak elleriyle çizmeye karar verdi. "Bilgisayardan veri dosyasını dışa aktardım, negatif olarak Canson kağıt negatif filmini kullandım ve yavaş yavaş mürekkeple boyadım ve mürekkebi simüle edilen görüntünün yüksek parlaklık gösterdiği yoğun noktalara koydum." Şu ana kadar Lumini, bunun hala bir Zahmetli iş.
Şöyle dedi: "Sonra, siyah beyazı tersine çevirmek için başka bir negatif film kullanacağım, böylece orijinal mürekkep yoğunluğu beyaz olur ve orijinal parlak arka plan siyah olur ve sonunda asimetrik görünen bir resim , Ancak kara delik görüntülerinin bilimsel görselleştirilmesiyle tutarlı. "
1979'da bu el çizimi nihayet doğdu.
"Süper hesaplama" kadın doktorlar büyük katkılar sağlıyor
Ancak bugün, bilim adamlarının 40 yıl önceki Luminne gibi fotoğrafları manuel olarak "yıkamak" zorunda kalmadılar.
Kara deliğin "fotoğraflanmasından" "fotoğrafın yıkanmasına" kadar tüm süreç bilgisayarın büyük veri süper performans hesaplamasında ve işlemesinde gerçekleştirilir. Veriler teleskoptan toplanır ve ardından mobil sabit diske, korelasyon karşılaştırmasına, Son olarak, insanların gördüğü kara deliğin görüntüsü son görüntülemeden elde edilir ve tüm süreç neredeyse tamamen bilgisayar tarafından işlenir.
Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden (CfA) Sheperd S. Doeleman "Bu on yıl önce hayal bile edilemezdi ama bugün başardık." Profesör, "Teknolojik atılımlar, dünyanın en iyi radyo astronomi gözlemevleri arasındaki işbirliği ve yenilikçi algoritmalar, kara delikler ve olay ufuklarına yeni bir pencere açmak için bir araya geldi" dedi.
Süper hesaplamanın yardımına rağmen, hesaplama süreci bilim adamlarının yaklaşık iki yılını aldı. En büyük zorluk, bir kara delik fotoğrafının yarım ton ağırlığındaki büyük miktarda veriyle nasıl sentezleneceğidir.
Çin Bilimler Akademisi Şangay Astronomik Gözlemevi'nden araştırmacı Lu Rusen, China Business News'ten bir muhabire şunları söyledi: "Bu, bir düzineden fazla istasyon teleskop dizisini bir araya getiren bir projedir. Her istasyon birçok teleskoptan oluşur. Birkaç gün içinde üretilen gözlem verileri Euronuclear'a eşdeğerdir. Araştırma Merkezi'nin (CERN) bir yıl içindeki veri hacmi. Böylesine karmaşık bir olayın ortaya çıkması için bilim adamları bağımsız çalışma gruplarına ayrılacak ve her çalışma grubu işlemek, veri işlemeye katılmak ve karşılaştırmak için farklı bir gruba sahip olacak. "
Her bir teleskopun gözlemlediği toplam veri miktarı 3.600 TB olduğu için filmi izlemenin yüzlerce yıl sürdüğü anlaşılmaktadır.Bu nedenle bu veriler ağ üzerinden aktarılamaz ve sadece mobil sabit diskte saklanarak doğrudan Boston, ABD'ye gönderilebilir. Almanya, Bonn'daki veri işleme merkezi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve Max Planck Enstitüsü (bundan sonra "Max Planck Enstitüsü" olarak anılacak olan Çin Bilimler Akademisi'nin araştırma sistemine benzer) ve diğer kurumlar veri analizini hızlandırmak için yeni algoritmalar geliştirdiler.
Bu amaçla, bu uluslararası işbirliği projesi, veri bilimcilerini "fotoğraf yıkama" görevine katılmaya davet etti.
Bunlardan biri, Massachusetts Institute of Technology'de bir kadın doktora öğrencisinin yaptığı çalışma olan Katie Bouman (Katie Bouman), tüm projeye kayda değer bir katkı yaptı.
Genç Bowman, bir algoritma ekibinin yeni bir dizi hesaplama yöntemi geliştirmesine öncülük etti. Görevi, dünyanın her yerinden toplanan sabit disk verilerini kod satırlarına dönüştürmektir. Bu çalışma bana, 1969'da Apollo 11 ayına iniş kodunu hazırlayan kadın bilim adamı Margaret Hamilton'u hatırlatıyor.
EHT Bilim Komitesi Başkanı ve Hollanda Radboud Üniversitesi'nden Heino Falcke Brüksel'deki basın toplantısında şunları söyledi: Kara delik fotoğrafları taşıyan veri sabit disk kutuları ABD, MIT'ye gönderildi. Bonn'daki Max Planck ile bu verilerin işlenmesi çok fazla çalışma gerektiriyor. "
Berman, parazit yoluyla kara delikleri yeniden inşa etmek için CHIRP algoritmasını önerdi. Onun icat ettiği algoritmanın en önemli katkısı, birden fazla teleskopun sonuçlarının, farklı atmosferik ortamların neden olduğu ölçüm zamanı farkını dengelemek için birbirleriyle ilişkilendirmek için kullanılmasıdır ki bu "gürültü" olarak adlandırılır.
Max Planck Enstitüsü'nde doktora sonrası araştırmacı olan Zhang Yuanhao, bir zamanlar yerçekimi dalgası verilerinin analizine katıldı. China Business News'ten bir muhabire şunları söyledi: "Kara deliğin yönünden gelen radyo sinyalleri birbiriyle ilişkilidir, ancak her teleskobun konumunun oluşturduğu hata bağımsızdır ve ilişkisizdir. Birden fazla teleskopun çarpılması gürültü iptali ile sonuçlanırsa, Daha sonra zaman farkı düzeltilebilir ve sonunda zaman farkının "gürültüsünü" iptal edebilirsiniz. "
20 yıllık bekleyiş
Bilim adamları tarafından bu kez fotoğraflanan kara delik, aynı zamanda evrende "kara deliklerin kralı" olarak da tanınan M87'nin merkezindeki kara deliktir. Bizden 55 milyon ışıkyılı uzaklıkta ve 40 milyar kilometre çapında, yani dünyanın 3 milyon katı, kütlesi güneşin 6,5 milyar katı ve hatta tüm güneş sisteminden daha büyük ... Bilim adamları ona "canavar" diyorlar.
Şaşırtıcı bir şekilde, daha önce daha çok ses çıkaran Yay A * kara deliğinin resminde bir "zıplama cezası" yaşandı.
Bu konuda, Profesör Falk Brüksel'deki basın toplantısında şunları söyledi: Yay A * kara deliği yaramaz bir bebek gibidir. Çok hızlı hareket eder, bu görüntü yakalamaya elverişli değildir. Bunu fark ettikten sonra enerjimizi odaklandık. Hepsi M87 kara deliğine yerleştirildi. "
"Kara Delik Fotoğrafı" projesinin başlatıcısı olan Falk, 20 yıl boyunca bu günü bekledi. 20 yıl önce araştırma yaparken, kara deliklerin etrafında bir tür radyo dalgalarının üretilebileceğini ve bu kadar güçlü dalgaların dünyadaki teleskoplardan bulunabileceğini keşfetti. Ayrıca 1973'te okunan bir makaleyi de hatırlattı: Bu tür güçlü yerçekimi, kara deliklerin gerçekte olduklarından 2,5 kat daha büyük görünmesini sağlayabilir.
Kararını kanıtlamak için Falk, Avrupa Araştırma Konseyi'ni (Avrupa Araştırma Konseyi) bu projeyi finanse etmek için finansman başvurusunda bulunmaya ikna etti ve daha sonra, Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ve Doğu Asya finansman kuruluşları da toplam fon miktarına katıldı. 46,5 milyon Euro'dan fazla (yaklaşık 352 milyon yuan).
Falke, "Uzun bir yolculuktu ama sonunda kendi gözlerimle gördüm." Dedi. Rolling Stones Mick Jagger'ın "ruhu" nun dediği gibi - istediğini her zaman elde edemezsin, ama denersen, tam olarak ihtiyacın olanı bulabilirsin.
Ancak tek bir teleskopun bu başarıyı başaramadığı belliydi.Falk, küresel ağ gözlemlerine liderlik etmek için Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden Profesör Dorman'a başvurdu.
Süper dev bir "kamera" - sanal olay ufku teleskopu (EHT) oluşturmak için dünya çapında 8 istasyondan milimetrik dalga teleskopları kullandılar. Bu teleskoplar, Hawaii'deki yanardağlar, Arizona'nın zirveleri, Şili çölleri ve buzlu ve karlı Antarktika da dahil olmak üzere dünyanın en uzak köşelerine dağıtılıyor.
Bu heyecan verici keşif için, Çin Bilimler Akademisi Astronomi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Merkezi de (CAMS), Çin Ulusal Astronomik Gözlemevi, Mor Dağ Gözlemevi ve Şangay Gözlemevi tarafından ortaklaşa kurulan kampa katıldı ve EHT'nin üç büyük kooperatif kurumundan biridir. Özellikle, Şangay Astronomik Gözlemevi, bu kooperatif ajansı aracılığıyla EHT projesi işbirliğine katılmak için organizasyona liderlik edecek ve yerli bilim adamlarını koordine edecektir.
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Fizik Fakültesi Astronomi Bölümü'nde profesör olan Yuan Yefei, China Business News'ten bir muhabire şunları söyledi: Çinli bilim adamları, yalnızca EHT'nin ağ üzerinden gözlemlenmesine katkıda bulunmakla kalmayıp aynı zamanda veri analizine önemli bir katkı sağlayan 1.3 mm radyo teleskop gözlemlerini kullanıyor; daha da önemlisi. Pek çok Çinli bilim insanı üniversitelerden geliyor ve katkıları teorik yönden gözlemsel gökbilimcilerin gözlemsel sonuçlarının teorik açıdan nasıl yorumlanacağı da dahil olmak üzere teorik yönden geliyor. "
Bu kez yayınlanan M87 kara delik görüntüsü, bir kara deliğin görünümünü mükemmel bir şekilde göstermeye çok yakın olsa da, nihai noktayı arayan bazı gökbilimciler için hala yeterince net değil.
"Bulanıklık, Olay Ufuk Teleskobu'nun çözünürlüğünün yeterince iyi olmaması." "Yıldızlararası" nın bilimsel danışmanı ve Nobel Fizik Ödülü sahibi Kip Thorne, yukarıda açıkladı. EHT araştırmacıları, gelecekte daha fazla teleskop eklendikçe ve teleskobun kendisinin performansının artmasıyla birlikte bilim adamlarının gelecekte daha fazla "yüksek çözünürlüklü" fotoğraflar elde edeceklerini de belirtti.
