Enigma van die onsigbare gravitasiekolk | Netwerk24
Enigma van die onsigbare gravitasiekolk
Deur Elsabé Brits 15 April 2019 06:30
Die eerste beeld van 'n supermassiewe gravitasiekolk en sy skaduwee is een van die wetenskaplik mees historiese gebeure tot nog toe wat ons kan help om die heelal waarin ons woon beter te verstaan. Elsabé Brits vertel hoe dié kolos, wat ons sonnestelsel kan verdwerg, afgeneem is.
Die beeld van die enorme gravitasiekolk, 55 miljard ligjaar van die aarde in die sterrestelsel Messier 87, is teen dié tyd seker al bekend. Dit lyk soos 'n dowwe, oranje oliebol met 'n swart kern.
Dit is 6,5 miljard keer die massa van die son. Die hele sonnestelsel sal in sy kern kan inpas.
Gravitasiekolke is buitengewone voorwerpe; dit is geweldig swaar, maar ook uiters dig.
Om dit waar te neem is 'n teleskoop, die Event Horison Telescope (EHT), gevorm deur sowat 200 sterrekundiges van regoor die wêreld.
Volgens die Europese Suidelike Observatorium (ESO) is agt radioteleskope gesinchroniseer om tegelykertyd data te versamel. Dit staan bekend as Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
Die sterrestelsel Messier 87 het tien keer meer sterre as die Melkweg. Foto: ESO
Dit word gedoen met behulp van onder meer atomiese horlosies sodat almal op presies dieselfde tyd observasies maak en omdat die radiogolwe met mekaar gekorreleer moet word.
Anders is die data, wat uiteindelik saam een foto moet word, heeltemal uit pas. 'n Atomiese horlosie verloor net een sekonde elke honderd miljoen jaar.
Saam het die radioteleskope dus een teleskoop so groot soos die aarde gevorm om die beste moontlike hoekdefinieer-vermoë te kry.
Die afstand tussen die verste twee teleskope was gelykstaande aan die deursnee van die Aarde.
Die onsienbare gesien
Die eerste foto van 'n gravitasiekolk. Foto: EHT Collaboration
Die resolusie wat verkry is, was volgens die mediapakket, soortgelyk daaraan om 'n appel op die maan raak te sien.
Elke teleskoop het tydens observasies in 2017 350 teragrepe se data per dag gegenereer. Net een teragreep is gelyk aan 15 000 CD's.
Dit het die span ná jare se vooraf beplanning twee jaar geneem om deur die data te werk.
Prof. Sheperd Doeleman, direkteur van die EHT-projek, het in Washington tydens een van die perskonferensies wat in vyf stede gehou is, gesê: "Ons het gesien wat ons gedink het onsienbaar is . . . Gravitasiekolke is die natuur se onsigbaarheidskleed . . .
"Dié beeld bou ook 'n duidelike verbintenis tussen supermassiewe gravitasiekolke en die enjins van helder sterrestelsels. Ons weet nou duidelik dat gravitasiekolke grootskaalse strukture in die heelal dryf."
Dit is die plek waar daar 'geen omdraaikans' is nie.
Dit is onmoontlik om in die gravitasiekolk in te kyk.
Daarom is die EHT se instrumente gerig op die malende massa gelaaide energie, lig, stof en gas, wat in hul doodsnikke byna teen die spoed van lig in 'n akkresieskyf deur die gravitasiekolk nader getrek word.
'n Baie besonderse deel hiervan is die gebeurtenishorison. Op die grens van die gebeurtenishorison is die swaartekrag só sterk dat niks meer daaruit kan ontsnap nie. Dit is die plek waar daar "geen omdraaikans" is nie.
Maar volgens die navorsingsgroep BlackHoleCam, wat deel was van dié projek, is gravitasiekolke wel heeltemal swart van binne die gebeurtenishorison, maar van buite af kan lig ontsnap. Deur na die aangroeiskyf van lig en materie te kyk, kon gesien word hoe dit die gebeurtenishorison oorsteek.
Dít het 'n donker area teen helder agtergrond geskep. Dit is die skaduwee van die gravitasiekolk – 'n beeld van die gebeurtenishorison – iets wat nog nooit tevore gesien is nie.
Die betrokke gebeurtenishorison het 'n radius van sowat drie keer die afstand tussen die Aarde en Pluto. Groot, maar moeilik om raak te sien omdat dit so ver is.
Die poorte van die hel
Dié voorstelling gee 'n idee van hoe groot die gravitasiekolk is. Voorstelling: EHT Collaboration
Prof. Heino Falcke, van die Radboud-universiteit in Nederland, het op die perskonferensie in Brussel gesê: "Ons het die poorte van die hel aan die einde van ruimte en tyd gesien. Wat jy sien, is 'n kring van lig wat geskep is deur die verwringing van ruimte-tyd. Die lig draai in die rondte en dit lyk soos 'n sirkel."
Om seker te maak alles sou glad verloop, was prof. Roger Deane van die Universiteit van Pretoria betrokke by die simulasies voor en ná die tyd.
Daar was baie uitdagings, sê hy. Een daarvan is dat die EHT in 'n baie kort golflengte waarneem. Daar was ook 'n gevaar dat die skaduwee op die beeld uitgewis kon word as daar net 'n bietjie waterdamp in die atmosfeer was.
Daarom was die agt teleskope op van die droogste en hoogste plekke op aarde.
Die hele projek sou dalk nie moontlik gewees het nie sonder dr. Katie Bouman, 'n Amerikaanse rekenaarwetenskaplike verbonde aan die California Institute of Technology. Sy het die algoritme wat alles moontlik gemaak het, geskryf toe sy nog 'n nagraadse student was.
Dr. Katie Bouman, die Amerikaanse rekenaarwetenskaplike wat die algoritme geskryf het wat die neem van die foto van die gravitasiekolk moontlik gemaak het. Dié foto is geneem toe sy die beeld van die gravitasiekolk verlede jaar die eerste keer gesien het. Sy moes dit egter geheim hou nen het die foto eers met die amptelike aankondiging getwiet. Foto: Twitter
Haar algoritme was nodig om al die data te kombineer en sin daaruit te maak. Toe sy die beeld vir die eerste keer gesien het, was dit baie moeilik om stil te bly. Sy kon nie eens vir haar familie daarvan vertel nie, het sy aan Time gesê.
Sy het op die EHT se webwerf verduidelik hoe haar algoritme werk deur musiek as voorbeeld te gebruik: Selfs met al die data van die gravitasiekolk is daar steeds inligting wat vermis word. Dit is soos die note van 'n liedjie. Die teleskope produseer 'n meting wat ooreenstem met die toon van een noot.
Hoe verder die teleskope van mekaar is, hoe hoër is die noot. Om na die gravitasiekolk te kyk, is soos om na 'n klavier te luister waarvan baie sleutels gebreek is.
Wanneer 'n liedjie daarop gespeel word, hoor jy dalk nie elke noot nie, maar jy kan tog sin daarvan maak.
As daar teleskope regoor die aarde was wat al die moontlike note kon hoor, sal die hele liedjie gehoor kon word.
Dit is hoe die EHT se algoritme werk. Jou brein vul die gapings in omdat jy dit herken soos meer note bykom. Só vul Bouman se algoritme ook die gapings in.
Die vangplek is inligting. Het jy "Ice Ice Baby" of "Under Pressure" aan die begin gehoor? Hoe meer inligting (note) bykom, hoe duideliker word die beeld.
Dis die elegansie van dié werk. Uit 130 gravitasiekolke waarvan sterrekundiges weet, is dié maar die begin. Daar is 'n ontelbare aantal moontlikhede.
* Bronne: Event Horison Telescope (Media-pakket); ESO; BlackHoleCam Astrophysical Journal Letters https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205.
* Brits is 'n vryskut-wetenskapjoernalis. Menings van skywers is hul eie en weerspieël nie noodwendig dié van Netwerk24 nie.