Im Jahr 2019 produzierte die Event Horizon Telescope (EHT)-Kollaboration das allererste Bild eines Schwarzen Lochs, das die Welt in Erstaunen versetzte.
Nun gehen Wissenschaftler noch einen Schritt weiter. Die Zusammenarbeit der nächsten Generation des Event Horizon Telescope (ngEHT) zielt darauf ab, qualitativ hochwertige Videos von Schwarzen Löchern zu erstellen.
Aber diese Zusammenarbeit der nächsten Generation ist auch in anderer Hinsicht bahnbrechend. Es ist die erste große Physikkooperation, die Perspektiven aus Natur-, Sozial-und Geisteswissenschaften zusammenbringt.
Für ein virtuelles Teleskop, das den ganzen Planeten umspannt, gilt: Je größer ein Teleskop, desto besser kann es Dinge sehen, die winzig aussehen weit weg. Um Bilder von Schwarzen Löchern zu erzeugen, benötigen wir ein Teleskop, das fast so groß ist wie die Erde selbst. Aus diesem Grund verwendet das EHT viele Teleskope und Teleskop-Arrays, die über den Globus verstreut sind, um ein einziges, virtuelles, erdgroßes Teleskop zu bilden. Dies ist als Interferometrie mit sehr langer Basislinie bekannt.
Der Harvard-Astrophysiker Shep Doeleman, der Gründungsdirektor des EHT, hat diese Art der Astronomie mit der Verwendung eines zerbrochenen Spiegels verglichen. Stellen Sie sich vor, Sie zerbrechen einen Spiegel und verstreuen die Scherben auf der ganzen Welt. Dann nehmen Sie das Licht auf, das von jedem dieser Teile eingefangen wird, während Sie das Timing verfolgen, und sammeln diese Daten in einem Supercomputer, um einen erdgroßen Detektor virtuell zu rekonstruieren.
Das allererste Bild von 2019 von einem Schwarzen Das Loch wurde durch Ausleihen vorhandener Teleskope an sechs Standorten hergestellt. Jetzt werden neue Teleskope an neuen Standorten gebaut, um die Lücken des zerbrochenen Spiegels besser zu füllen. Die Zusammenarbeit ist derzeit dabei, optimale Standorte auf der ganzen Welt auszuwählen, um die Anzahl der Standorte auf etwa 20 zu erhöhen.
Dieses ehrgeizige Unterfangen erfordert über 300 Experten, die in drei technischen Arbeitsgruppen und acht wissenschaftlichen Arbeitsgruppen organisiert sind. Die Arbeitsgruppe für Geschichte, Philosophie und Kultur hat soeben einen wegweisenden Bericht veröffentlicht, der darlegt, wie Geistes-und Sozialwissenschaftler mit Astrophysikern und Ingenieuren in den ersten Phasen eines Projekts zusammenarbeiten können.
Der Bericht hat vier Schwerpunktbereiche: Zusammenarbeit Wissensbildung, philosophische Grundlagen, Algorithmen und Visualisierung sowie verantwortliche Standortwahl von Teleskopen.
Wie können wir alle zusammenarbeiten? Wenn Sie jemals versucht haben, eine Hausarbeit (oder irgendetwas!) mit jemand anderem zu schreiben, wissen Sie, wie schwierig das sein kann. Stellen Sie sich nun vor, Sie würden versuchen, eine wissenschaftliche Arbeit mit über 300 Personen zu schreiben.
Sollte man erwarten, dass jeder Autor glaubt und bereit ist, jeden Teil der Arbeit und ihre Schlussfolgerungen zu verteidigen? Wie sollten wir alle bestimmen, was enthalten sein wird? Wenn alle dem zustimmen müssen, was enthalten ist, wird das dazu führen, dass nur konservative, verwässerte Ergebnisse veröffentlicht werden? Und wie lassen Sie individuelle Kreativität und grenzüberschreitende Wissenschaft zu (besonders wenn Sie versuchen, der Erste zu sein, der etwas festhält)? Um solche Fragen zu lösen, ist es wichtig, kollaborative Ansätze auszubalancieren und die Beteiligung aller so zu strukturieren, dass ein Konsens gefördert wird, aber auch die Möglichkeit besteht, abweichende Meinungen zu äußern. Die Vielfalt der Überzeugungen und Praktiken unter den Mitgliedern der Kollaboration kann für die Wissenschaft von Vorteil sein.
Wie visualisieren wir die Daten? Die ästhetischen Entscheidungen bezüglich der endgültigen Bilder und Videos von Schwarzen Löchern finden in einem breiteren Kontext der visuellen Kultur statt.
In Wirklichkeit sind blaue Flammen heißer als Flammen, die orange oder gelb erscheinen. Aber in dem obigen Falschfarbenbild von Sagittarius A* – dem schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße – wurde die Farbpalette von orangeroten Farbtönen gewählt, da man annahm, dass Orange einem breiteren Publikum vermitteln würde, wie heiß das leuchtende Material ist rund um das Schwarze Loch ist.
Dieser Ansatz knüpft an historische Praktiken technologiegestützter wissenschaftlicher Bilder an, wie die von Galileo, Robert Hooke und Johannes Hevelius. Diese Wissenschaftler kombinierten ihre frühen teleskopischen und mikroskopischen Bilder mit künstlerischen Techniken, damit sie für Laien lesbar waren (insbesondere für diejenigen, die keinen Zugang zu den entsprechenden Instrumenten hatten).
Wie Philosophie helfen kann Videos von Schwarzen Löcher wären für theoretische Physiker von großem Interesse. Es gibt jedoch eine Brücke zwischen der formalen mathematischen Theorie und der chaotischen Welt der Experimente, in der idealisierte Annahmen oft nicht Bestand haben.
Philosophen können helfen, diese Kluft mit Überlegungen zum epistemischen Risiko zu überbrücken – wie etwa dem Risiko von die Wahrheit verfehlen oder einen Fehler machen. Die Philosophie hilft auch dabei, die zugrunde liegenden Annahmen zu untersuchen, die Physiker über ein Phänomen haben könnten.
Zum Beispiel wird ein Ansatz zur Beschreibung schwarzer Löcher als „No-Hair-Theorem“ bezeichnet. Es ist die Idee, dass ein isoliertes Schwarzes Loch auf nur wenige Eigenschaften reduziert werden kann, und es ist nichts Komplexes (Haariges) daran. Aber das No-Hair-Theorem gilt für stabile Schwarze Löcher. Es beruht auf der Annahme, dass sich Schwarze Löcher schließlich in einen stationären Zustand einpendeln.
Verantwortungsvolle Aufstellung von Teleskopen Die Wahl von Standorten für Teleskope oder die Aufstellung von Teleskopen wurde in der Vergangenheit von technischen und wirtschaftlichen Überlegungen bestimmt – einschließlich Wetter, atmosphärische Klarheit, Zugänglichkeit und Kosten. Es gab einen historischen Mangel an Rücksicht auf lokale Gemeinschaften, einschließlich der Ureinwohner.
Wie der Kampf auf dem Mauna Kea in Hawaii zeigt, sind wissenschaftliche Kooperationen verpflichtet, bei der Standortwahl ethische, soziale und ökologische Erwägungen zu berücksichtigen.
Das ngEHT zielt darauf ab, verantwortungsbewusste Standortpraktiken zu fördern. Es bringt Experten aus den Bereichen Philosophie, Geschichte, Soziologie, Interessenvertretung in der Gemeinschaft, Wissenschaft und Technik zusammen, um bei der Auswahl eines neuen Teleskopstandorts auf eine Weise zum Entscheidungsprozess beizutragen, der kulturelle, soziale und ökologische Faktoren berücksichtigt.
Insgesamt ist diese Zusammenarbeit ein spannendes Beispiel dafür, wie ehrgeizige Pläne innovative Ansätze erfordern – und wie sich die Wissenschaften im 21. Jahrhundert weiterentwickeln.
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