Nieuwe gegevens, hetzelfde uiterlijk voor M87*

By | January 28, 2024

Dit artikel is beoordeeld in overeenstemming met het redactionele proces en de richtlijnen van Science X. De redactie heeft de volgende kenmerken benadrukt en tegelijkertijd de geloofwaardigheid van de inhoud gewaarborgd:

op feiten gecontroleerd

betrouwbare bron

Proeflezen


De Event Horizon Telescope Collaboration heeft nieuwe beelden vrijgegeven van M87* uit waarnemingen gedaan in april 2018, een jaar na de eerste waarnemingen in april 2017. De nieuwe waarnemingen in 2018, waarbij voor het eerst de Groenland Telescoop betrokken is, laten een bekende, heldere emissie zien. ring van dezelfde grootte als 2017. Deze heldere ring omringt een donkere centrale schaduw, en het helderste deel van de ring in 2018 is ongeveer 30° verschoven ten opzichte van 2017 en bevindt zich nu in de 5-klokpositie. Fotocredit: EHT-samenwerking

× dichtbij


De Event Horizon Telescope Collaboration heeft nieuwe beelden vrijgegeven van M87* uit waarnemingen gedaan in april 2018, een jaar na de eerste waarnemingen in april 2017. De nieuwe waarnemingen in 2018, waarbij voor het eerst de Groenland Telescoop betrokken is, laten een bekende, heldere emissie zien. ring van dezelfde grootte als 2017. Deze heldere ring omringt een donkere centrale schaduw, en het helderste deel van de ring in 2018 is ongeveer 30° verschoven ten opzichte van 2017 en bevindt zich nu in de 5-klokpositie. Fotocredit: EHT-samenwerking

Bijna vijf jaar geleden gaf een wereldwijd team van astronomen de wereld de eerste glimp van een zwart gat. Nu heeft het team zowel hun oorspronkelijke bevindingen als ons begrip van zwarte gaten bevestigd met een nieuwe afbeelding van het superzware zwarte gat M87*. Dit superzware zwarte gat, 6,5 miljard keer de massa van onze zon, bevindt zich in het centrum van het sterrenstelsel Messier 87 (M87) in de Virgo-cluster van sterrenstelsels, 55 miljoen lichtjaar van de aarde.

De nieuwe afbeelding is, net als de oude, gemaakt door de Event Horizon Telescope (EHT), een reeks radiotelescopen die de planeet omspannen. Deze nieuwe gegevens werden echter een jaar later, in 2018, verzameld en profiteerden van verbeteringen in de telescooparray, met name de opname van een telescoop in Groenland.

EHT’s originele afbeelding van M87* was niet alleen belangrijk omdat het de eerste keer was dat mensen een zwart gat in beeld hadden gebracht, maar ook omdat het object eruitzag zoals het eruit moest zien. Opmerkelijk genoeg liet de afbeelding een zogenaamde zwart gat-schaduw zien: een donker gebied in het midden van een gloeiende schijf van hete materie die rond het zwarte gat draait. Een schaduw van een zwart gat is geen schaduw in dezelfde zin als een schaduw die ontstaat als je op een zonnige dag buiten loopt. In plaats daarvan wordt het donkere gebied gecreëerd door het immense zwaartekrachtveld van het zwarte gat, dat zo sterk is dat licht er niet aan kan ontsnappen. Omdat er geen licht uit een zwart gat komt, lijkt het donker.

Bovendien buigt deze sterke zwaartekracht het licht dat langs het zwarte gat passeert, zonder erin te vallen, waardoor het als een lens fungeert. Dit wordt zwaartekrachtlensing genoemd en creëert een ring van licht die zichtbaar is ongeacht de kijkhoek van het zwarte gat. Deze effecten werden beide voorspeld op basis van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Omdat de afbeelding van M87* deze effecten laat zien, is het een sterk bewijs dat de algemene relativiteitstheorie en ons begrip van de fysica van zwarte gaten correct zijn.

Deze nieuwe M87*-afbeelding is gemaakt met belangrijke bijdragen van een beeldvormingsteam bij Caltech, waaronder professor Katherine (Katie) L. Bouman, universitair docent computerwetenschappen en wiskunde, elektrotechniek en astronomie; voormalig Caltech Ph.D. studente Nitika Yadlapalli Yurk, Ph.D.; en huidige Caltech postdoctoraal fellow in computerwetenschappen en wiskunde Aviad Levis.

Bouman is coördinator van de EHT Imaging Working Group en was postdoctoraal onderzoeker aan het Harvard Smithsonian Center for Astrophysics en co-leider van het EHT-imagingteam toen de originele afbeelding in 2019 werd gepubliceerd. In deze rol hielp ze bij de ontwikkeling van de algoritmen die gegevens verzameld uit de talrijke radiotelescopen van EHT samenvoegden tot één enkel samenhangend beeld. Sinds ze bij de Caltech-faculteit kwam, heeft Bouman, die ook een Rosenberg-fellow is en onderzoeker bij het Heritage Medical Research Institute, haar werk bij EHT voortgezet. Ze was ook mede-leider van de beeldvorming van het superzware zwarte gat in de Melkweg, gepubliceerd in 2022.

Yurk sloot zich in 2020 aan bij de EHT-samenwerking en speelde een actieve rol in het imagingteam voor de nieuwste M87*-afbeelding. Haar belangrijkste bijdragen omvatten de ontwikkeling van synthetische datasets die worden gebruikt bij het trainen en valideren van de beeldalgoritmen. Yurk schreef ook software die wordt gebruikt bij het onderzoeken van beeldkandidaten. Op haar inzet is zij onlangs gepromoveerd door de EHT. Dissertatieprijs voor de vooruitgang die ze heeft geboekt bij het maken van beeldvorming en het valideren van de nieuwste M87*-afbeelding. Momenteel is ze fellow in het NASA Postdoctoral Program bij JPL, dat Caltech beheert voor NASA.

Het in beeld brengen van een object als M87* met de EHT is heel anders dan het in beeld brengen van een planeet als Saturnus met een conventionele telescoop. In plaats van licht te zien, observeert de EHT de radiogolven die door objecten worden uitgezonden en moet hij de informatie computationeel combineren tot een beeld.

“De onbewerkte gegevens die uit deze telescopen komen bestaan ​​in feite alleen uit spanningswaarden”, zegt Yurk. “Ik omschrijf radiotelescopen graag als de meest gevoelige voltmeters ter wereld, en ze detecteren zeer nauwkeurig spanningen uit verschillende delen van de hemel.”

Het omzetten van deze spanningsmetingen in een beeld is moeilijk, zegt Bouman, omdat de informatie waarmee de onderzoekers werken onvolledig is en er niets is om het beeld mee te vergelijken, aangezien niemand M87* met eigen ogen heeft gezien.

“We willen onze verwachtingen over hoe het zwarte gat eruit zou moeten zien niet in het spel laten komen als we het beeld computationeel creëren”, zegt Bouman. “Anders leidt het ons misschien tot een beeld dat we verwachten, in plaats van een beeld dat de werkelijkheid weergeeft.”

Om dit probleem te voorkomen testen de onderzoekers hun beeldverwerkingsalgoritmen op zogenaamde synthetische data, een reeks gesimuleerde beelden met eenvoudige geometrische vormen. Deze gegevens doorlopen de algoritmen om een ​​beeld te produceren. Als het uitvoerbeeld overeenkomt met het invoerbeeld, weten ze dat het algoritme goed werkt en kunnen ze verrassende structuren rond het zwarte gat nauwkeurig detecteren.

Volgens Bouman omvatte dit proces, mede geleid door Yurk, het onderzoeken van honderdduizenden parameters om de effectiviteit van de algoritmen bij het reconstrueren van verschillende beeldstructuren te meten. Het team ontdekte dat met de toevoeging van de Groenland-telescoop aan de EHT de methoden de kenmerken in de afbeeldingen robuuster konden herstellen.

Het proces leverde een afbeelding van M87* op die slechts in geringe mate verschilt van de eerste. Het meest opvallende verschil is dat het helderste deel van de gloeiende ring rond M87* ongeveer 30 graden tegen de klok in is verschoven. Volgens EHT is deze beweging waarschijnlijk het gevolg van de turbulente stroming van materie rond een zwart gat. Belangrijk is dat de ring zijn grootte heeft behouden, wat ook werd voorspeld door de algemene relativiteitstheorie.

Bouman voegt eraan toe dat de mogelijkheid van het team om een ​​nieuwe afbeelding van M87* te maken met nieuwe gegevens die zo goed overeenkomen met de vorige afbeelding, opwindend is.

“Ik denk dat mensen zich zullen afvragen: ‘Waarom is dit belangrijk? Je hebt al een foto van M87* laten zien.’ Andere groepen hebben de M87*-afbeelding gereproduceerd met behulp van gegevens uit 2017. Maar het is totaal anders als je een nieuwe dataset uit een ander jaar neemt en tot dezelfde conclusies komt. Reproduceerbaarheid met onafhankelijke gegevens is ook een groot probleem. “

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *