Mida musta augu pilt meile ütleb
Kui teadlased 'pildistasid' nähtamatut musta auku: pilt jäädvustab seda ümbritsevat ala, mis on genereeritud teleskoopide komplekti kogutud andmete põhjal ja pakub platvormi mustade aukude paremaks mõistmiseks.
Esimene pilt mustast august. Jäädvustatud Event Horizon Telescope projektiga. (Pildi allikas: National Science Foundation) Mustad augud peaksid olema kogu universumi tumedaimad piirkonnad. Ja ometi, kui teadlased eelmisel nädalal teatasid, et neil õnnestus esimest korda jäädvustada foto mustast august, oli pilt, mille nad avalikustasid, kõike muud kui tume. See oli ereoranž ja sõõrikukujuline, millest sai viimase nädala jooksul üks enim levitatud pilte. Kui valgus ei pääse mustast august välja, kuidas foto saavutati ja mis teeb saavutuse oluliseks?
Mida pilt näitab
Foto põhiobjekt, Maast 55 miljoni valgusaasta kaugusel Messier 87 nimelise galaktika keskmes asuv must auk, piirdus pildil oleva sõõrikukuju väikese ja tumeda keskse südamikuga, mis on tuvastatav ainult tänu valgusküllane ümbrus, mille sees see oli. See oli ainus viis, kuidas musta auku oleks saanud pildistada – jäädvustada kogu seda ümbritsev ala. Must auk ise ei kiirga ega kiirga valgust ega muid elektromagnetlaineid, mida on võimalik tuvastada inimeste ehitatud instrumentidega. Kuid musta augu piirist väljapoole jääv ala, mida nimetatakse sündmuste horisondiks, kus on tohutul hulgal gaase, pilvi ja plasmat, kiirgab kõikvõimalikku kiirgust, sealhulgas isegi nähtavat valgust.
Selgitatakse: Siin on must auk ja miks varem ühtegi ei pildistatud
Ka musta augu väliskülge ei olnud lihtne pildistada. Kõnealuse musta augu läbimõõt oli 1,5 valguspäeva ehk umbes 40 miljardit kilomeetrit. Musta augu välisel rõngal on tavaliselt 4–5 korda suurem laius. Kuid väga suur kaugus Maast tähendas, et olemasolevate instrumentidega polnud füüsiliselt võimalik salvestada midagi paremat kui punktisuuruses pildi. Teadlased olid välja arvutanud, et suurema eraldusvõimega pildi jaoks, nagu see, mida nad lõpuks suutsid jäädvustada, on vaja teleskoopi, mille antenn oli sama suur kui Maa ise.
Miks see on oluline
Teadlased on nende piirkondade uurimiseks kasutanud mustade aukude arvutisimuleeritud pilte mitu aastat. Esimest korda on neil tegelik pilt. Kuigi need tunduvad üsna sarnased, hakkavad teadlased nüüd tegelikku pilti tähelepanelikult uurima, et näha, kas see erineb üksikasjades arvutisimuleeritud piltidest ja kas neid erinevusi saab seletada mõõteriistade, vaatluste või muude vigadega. See võib anda proovikivi olemasolevatele universumiteooriatele ning viia mustade aukude ja universumi enda olemuse parema mõistmiseni.
Musta augu valimine
M87 galaktika musta augu pildistamisel oli alternatiiv – püüda pildistada musta auku, mis oli palju lähemal. Maale palju lähemal on tuhandeid, võib-olla miljoneid musti auke, kuid mitte iga must auk ei saa olla pildistamise kandidaat. Teadlased otsisid kindla suurusega musta auku, mis oleks piisavalt suur, et seda Maal saadaolevate instrumentidega kinni püüda. M87 galaktika must auk on umbes 6 miljardit korda suurem kui Päike ja üks suurimaid teadaolevaid auke. Maale lähemal pole võrreldava suurusega musta auku.
Loe | Musta augu sündmuste horisondi kujutis sai võimalikuks tänu MIT-i magistrandi tööle
Sellegipoolest oli kandidaat meie oma Linnutee galaktikas. Linnutee keskel asuv must auk Sagittarius A* on Päikesest umbes 4,3 miljonit korda suurem ja Maast vaid 25 000 valgusaasta kaugusel. Võrreldes galaktika M87 omaga on see Maale umbes 2000 korda lähemal, kuid samas ka umbes 1500 korda väiksem. Seetõttu pakkusid kaks kandidaati musta auku mastaabis sarnaseid võimalusi pildistamiseks.
Teleskoobi seadistamine
Maa-suurust teleskoopi ei saanud kättesaadavaks teha. Seega pidid teadlased välja töötama geniaalsed uued meetodid, et oma instrumentide piirangutest üle saada. Nad otsustasid kasutada kaheksat maailma suurimat ja keerukamat raadioteleskoopi ning sidusid need tehnikaga, mis võiks panna need toimima nagu virtuaalne Maa-suurune teleskoop. Teleskoobid salvestasid samaaegselt musta augu piirkonnast tuleva kiirguse. Kõik teleskoobid olid varustatud aatomkelladega, et nende salvestisi saaks hiljem ülimalt täpselt kokku sobitada.
Loe ka | Musta augu sündmuste horisont: see näeb välja selline
Üksikud teleskoobid kogusid igaüks musta augu piirkonnast tuleva kiirguse. Kuid suurusepiirangute tõttu oli neil kõigil musta augu kohta väga piiratud teave. Kõigi nende teleskoopide poolt täpsetel ajahetkedel salvestatud andmete sobitamine andis teadlastele rohkem teavet, kuid tohutu hulga teabe vastu, mida need teleskoobid ei suutnud tabada, ei saanud midagi ette võtta.
Kujutise loomine andmetest
Just siin kasutasid teadlased superarvutite abi, et taastada musta augu täielik pilt teleskoopide poolt jäädvustatud piiratud teabega. Tervete piltide taastamine piiratud andmetega pole ebatavaline. Tihendustehnikad, mida kasutame arvutis olevate muusika-, pildi- või videofailide suuruse vähendamiseks, töötavad sarnastel põhimõtetel. Me viskame suurust vähendades minema palju teavet, kuid arvuti suudab siiski muusikat või videot taasluua, kuigi kvaliteedi vähenemisega.
Muidugi oli musta augu kujutisega tegelevate teadlaste väljakutse keerulisem kui failide tihendamiseks kasutatud tehnikad. Neil oli käsitlemiseks tohutul hulgal andmeid, kuid kiirgusest otse saadud teave oli siiski äärmiselt piiratud. Seetõttu ei ole üllatav, et nad pidid pildi taastamiseks kirjutama täiesti uued algoritmid, kasutades murrangulisi lähenemisviise.
Selle tulemusel võis arvuti tekitada suure hulga piksleid sellel maailmale esitatud fotol. Kuid need loodi teleskoopide otsese vaatluse tulemusel saadud pikslites leiduva teabe abil, mitte aga matemaatiliste mudelite põhjal, nagu juhtub arvutisimuleeritud piltidel.
Kulus kaks aastat, enne kui mõned maailma kiireimad superarvutid töötlesid tohutul hulgal andmeid ja taastasid M87 galaktika musta augu kujutise. Foto Sagittarius A* mustast august on veel avaldamata, ilmselt seetõttu, et pilt pole veel valmis.
Jagage Oma Sõpradega:
