Die erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs kann die Relativitätstheorie und die Quantenphysik in Einklang bringen.

    Am Mittwochabend starteten 120 Astronomen aus acht Observatorien auf vier Kontinenten den ersten Versuch, ein schwarzes Loch zu fotografieren. Die Dreharbeiten begannen am 5. April und dauern bis zum 14. April dieses Jahres. Das Beobachtungsobjekt war die Nachbarschaft von zwei supermassiven Schwarzen Löchern, eines in der Mitte unserer Milchstraße, das andere in der benachbarten Galaxie Messier 87. Das erste ist nah, aber im Durchmesser klein, das zweite ist sehr weit, aber riesig. Wessen ist besser zu erkennen - während die Frage Der uns nächstgelegene Schütze A * ( Schütze A * ) befindet sich im Zentrum unserer Milchstraße über eine Entfernung von 26 Tausend Lichtjahren. Weit ist das 6 Milliarden-fache der Masse unserer Leuchte, daher ist der Horizont der Ereignisse um sie herum größer. Schütze A * mit einer Masse von 1,5 Tausend mal kleiner und passt in einen Raum, der kleiner ist als das Volumen in der Umlaufbahn von Merkur.



    Was ist die Bedeutung der Beobachtung, erklärt Gopal Narayanan, Forschungsprofessor für Astronomie an der University of Massachusetts in Amherst: „Im Zentrum von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie steht die Idee, dass Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie kombiniert werden können. Der Black-Hole-Event-Horizont ist der Ort, an dem diese mögliche Fusion am besten untersucht wird. "Wir werden die Ergebnisse erst 2018 kennen, wenn Computer die Daten verarbeiten. Am Ende des Beitrags wird ein Bild vorgeschlagen, das wir überprüfen sollten, wenn Einsteins Theorie richtig ist.

    Um die Horizonte der Ereignisse von den verstreuten Radioteleskopen zu beobachten, die jeweils ihren eigenen Teil des Himmels untersuchten, schufen Astronomen ein virtuelles Radioteleskop in der Größe der Erde. 8 Observatorien in 6 territorialen Punkten schießen.

    Das Projekt umfasste das Observatorium des Massachusetts Institute of Technology (die führende Organisation), das Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik, die Gemeinsame Beobachtungsstelle ALMA (Chile), das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und das Institute of Radio Astronomy. Max Planck (Deutschland), University of Concepcion (Chile), Institut für Astronomie und Astrophysik an der Zentralakademie von Taiwan (ASIAA, Taiwan), Nationales Astronomisches Observatorium von Japan (NAOJ) und Onsala-Observatorium (Schweden). Die Integration von Radioteleskopen ist wichtig für die Beobachtung schneller Vorgänge im Universum, zu denen beispielsweise Supernova-Explosionen und kosmische Strahlungsflüsse gehören, sowie für detaillierte Untersuchungen von kleinen Objekten im Weltraum wie dem Schwarzen Loch Strelets A *.

    Astronomen, die die Kraft von Radioteleskopen in verschiedenen Teilen der Welt zusammenbringen, konnten extrem entfernte Objekte im Weltraum mit einer Schärfe untersuchen, die zwei Millionen Mal so hoch ist wie die Schärfe des menschlichen Sehens. Wenn ein Mann eine solche Vision hätte, würde er eine Grapefruit oder eine CD auf dem Mond liegen sehen.

    Start dieses "virtuellen" Teleskops namens Event Horizon Telescopeleitete die Entwicklung der Interferometrietechnologie mit langer Basis (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) in den letzten zwanzig Jahren. Nach dem gleichen Modell arbeitet das weltweit größte Millimeter-Radioteleskop, das Atacama-Observatorium Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), auf dem Chachnantor-Hochlandplateau in Chile und ist auch an dem Projekt beteiligt. Im EHT-Projekt vom 5. bis 14. April verwandelt die VLBI-Technologie alle daran angeschlossenen Teleskope in ein riesiges Teleskop von der Größe unseres Planeten. Die Kapazitäten der weltweit empfindlichsten Funkobservatorien in Chile, Spanien, Kalifornien, Arizona, den Hawaii-Inseln und dem Südpol der Erde wurden kombiniert. Die größte von ihnen, die erwähnte ALMA, besteht aus 54 Parabolantennen mit einem Durchmesser von 12 Metern und 12 Platten mit einem Durchmesser von 7 Metern.

    Eine andere faszinierende Idee, die in diesem Experiment erforscht werden kann, ist das sogenannte "Informationsparadox". Dieses Phänomen ist Stephen Hawkings Vorhersage, dass Materie, die in einem Schwarzen Loch gefangen ist, nicht außerhalb des bekannten Universums verloren gehen kann, sondern dass sie irgendwie zurückfließen muss. Hier zu sehen, wie es fließt und wollen Astronomen. Energie oder Informationen, die durch Hawking-Strahlung ein schwarzes Loch verlassen, sind ein Quanteneffekt. Wissenschaftler sehen regelmäßig den Abfluss großer Plasmastrahlen aus dem Zentrum von Galaxien, in denen schwarze Löcher vermutet werden oder vorhanden sind. Wenn zwischen Schwarzen Löchern und diesen Jets (oder anderen Informations- und Energieverlusten) ein Zusammenhang besteht, werden keine echten Horizonte von Ereignissen im strengen Sinn der zusammengebrochenen Objekte in unserem Universum gebildet.



    Stimmt Einstein?


    Sie können das Schwarze Loch selbst nicht sehen, aber es ist möglich, dass die Substanz hineinfällt. Staub, Gas und nahegelegene Sterne bilden eine Region mit hoher Energie um schwarze Löcher oder die sogenannte Akkretionsscheibe , in der sich die Materie wie in einem Trichter zusammenzieht und verdreht und sich erwärmt. In der Nähe des „Ereignishorizonts“ - der Grenze, nach der das Schwarze Loch keine Strahlung und Informationen von sich selbst loslässt - beginnt die Materie aufgrund hoher Energien hell zu leuchten. So sehen wir ein Bild von Materie, das von einem schwarzen Loch „aufgefressen“ wurde, einem bestimmten Schatten eines schwarzen Lochs.

    Das moderne kosmologische Standardmodell ΛCDM ("Lambda-SidiEm") legt nahe, dass die allgemeine Relativitätstheorie die richtige Theorie der Schwerkraft auf kosmologischen Skalen ist und unser Standort im Universum nicht besonders unterschieden wird, dh das Universum ist in allen Richtungen gleich (Isotropie). und von jedem Ort (Einheitlichkeit). Auch dies kann bestätigt oder widerlegt werden.

    Schwarze Löcher kombinieren die Eigenschaften, die von den beiden wichtigsten physikalischen Theorien unserer Zeit beschrieben werden - der Allgemeinen Relativitätstheorie (Theorie der großen Strukturen) und der Quantenmechanik (Theorie der kleinen Entfernungen). Die riesige Masse eines Schwarzen Lochs erfordert die Anwendung der allgemeinen Relativitätstheorie, um die Krümmung der Raumzeit zu beschreiben, die von ihr verursacht wird. Die geringe Größe eines Schwarzen Lochs und interne Prozesse erfordern jedoch den Einsatz von Quantenmechanik. Beide Theorien konnten bisher nicht kombiniert werden. Die Kombination von Theorien führt zu unnatürlichen Gleichungen - daraus folgt beispielsweise die unendliche Dichte eines Schwarzen Lochs. Früher im Jahr 2015 hatte das Event Horizon Telescope (EHT) -Teleskop bereits Magnetfelder in der Nähe dieses Schwarzen Lochs gemessen, aber ihre Struktur war äußerst ungewöhnlich - die Magnetfeldstärke in bestimmten Bereichen der Scheibe änderte sich alle 15 Minuten.

    Nach einigen Berechnungen der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein können wir in den Bildern den "Halbmond" des Lichts sehen, der einen absolut schwarzen "Tropfen" umgibt. Dieses Licht wird von der Materie unmittelbar vor dem Moment abgestrahlt, in dem es den Rand des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs passiert. Am Horizont der Ereignisse von Sagittarius A * erwarten die Wissenschaftler viele Blitze. Diese Punktblitze werden dort periodisch - einmal täglich - mit hoher Frequenz erzeugt. Auf der Grundlage früherer Beobachtungen beobachteten mehrere Observatorien etwas Ähnliches wie das Aufklären der Emissionen von Schütze A *. Als Ergebnis der aktuellen Forschung werden Astronomen in der Lage sein, ihren Ursprung zu verfolgen und den Prozess ihrer Reduktion zu beobachten.

    Mit einer erfolgreichen Entwicklung von Ereignissen werden Hot Spots zu einem Marker für die Struktur eines temporären Raums in dieser starken Gravitationsregion. "Dies öffnet die Tür für die Möglichkeit der Tomographie eines temporären Raums - diese Flecken bewegen sich, sie treten in verschiedenen Beobachtungsbereichen auf", sagte Avery Broderick, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der University of Waterloo. "Es gibt nur zwei Orte im Universum, an denen Sie die starke Schwerkraft in großem Maßstab und um kompakte Objekte herum erkunden können", erinnert er sich.
    Wenn wir etwas sehen, das sich grundlegend von dem unterscheidet, was wir erwarten, müssen Physiker beispielsweise die Theorie der Schwerkraft revidieren.

    Die ersten Bilder des Schwarzen Lochs, die wir mit Ihnen sehen können, werden erst 2018 erscheinen. In der Zwischenzeit betrachten wir, was wir in diesen Bildern, die als Ergebnis der Computermodellierung erstellt wurden, ungefähr sehen können.



    Das Kombinieren von Daten und Erstellen eines allgemeinen Bildes mit Messungen des Teleskops des Ereignishorizonts ist eine falsche Aufgabe, da jedes Ergebnis eine unendliche Anzahl möglicher Bilder enthält, die die erhaltenen Daten erklären. Die Aufgabe der Astronomen besteht darin, eine Erklärung zu finden, die diese vorläufigen Annahmen berücksichtigt und gleichzeitig die beobachteten Daten erfüllt. Die Winkelauflösung des Teleskops, die notwendig ist, um eine ausreichende Datenmenge zu erhalten, erfordert die Überwindung vieler Probleme und erschwert die eindeutige Rekonstruktion des Bildes. Bei den beobachteten Wellenlängen führen beispielsweise schnell wechselnde Inhomogenitäten in der Atmosphäre zu Messfehlern. Es wird ständig nach zuverlässigen Algorithmen gesucht, die Bilder mit feiner Winkelauflösung wiederherstellen können.

    Bislang wird das Reinigen, Interpretieren und Mischen der erhaltenen Daten in ein hochauflösendes Bild durch den CHIRP-Algorithmus (Kontinuierliche Rekonstruktion mit hoher Auflösung unter Verwendung von Patch-Vorläufern) ausgeführt, der von einem Team von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology entwickelt wurde. Wenn Sie sich mit Physik und Mathematik auskennen, haben die CHIRP-Autoren auf der MIT-Website einfache Online-Tools für solche Wissenschaftler veröffentlicht , mit denen jeder mit Programmierkenntnissen eine eigene Version des Event Horizon-Teleskops erstellen und testen kann. Plötzlich können Sie das Problem aus einer völlig unkonventionellen Perspektive sehen und eine einzigartige Methode zur Lösung dieses Problems anbieten. Ich habe wirklich keine Belohnungsinformationen gefunden. Aber vielleicht schlecht aussehen.

    In der Toolbox:

    • Eine Reihe von integrierten Trainingsdaten
    • Real Data Dimension Set
    • Standardisierter Datensatz zum Testen von Algorithmen zur Bildwiederherstellung
    • Interaktive quantitative Beurteilung der Effizienz des Algorithmus anhand der simulierten Testdaten
    • Qualitativer Vergleich der Leistung des Algorithmus zur Rekonstruktion von realen Daten
    • Online-Formularständer zur Simulation realistischer Daten mit eigenen Bildparametern und Teleskop

    Über die Vorbereitung des Teleskops schrieb EHT Geektimes bereits im vergangenen Jahr

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