Ereignishorizont-Teleskop
Am 10. April 2019 veröffentlichte das Projektteam des Event Horizon Telescope (EHT) das erste Bild, das jemals von einem Schwarzen Loch aufgenommen wurde. Bei dem Objekt handelt es sich um ein supermassives Schwarzes Loch in der 53 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie Messier 87. Dieses Schwarze Loch hat eine Masse von 6,5 Milliarden Sonnen und eine derartige Anziehungskraft, dass selbst Licht nicht über seinen Ereignishorizont hinausgelangen kann. Da das Schwarze Loch selbst dunkel ist, gibt es also nichts zu fotografieren. Auf dem Bild des Ereignishorizont-Teleskops erscheint es als eine dunkle Kugel.
Wie ist es also möglich, zu fotografieren? Nun, zunächst braucht man ein Teleskop (Spoiler-Alarm: ein einziges Teleskop reicht nicht aus). Also nehmen wir stattdessen viele Teleskope und verwenden eine Technik namens Very Long Baseline Interferometry (VLBI) können wir so etwas wie ein virtuelles Teleskop schaffen. VLBI funktioniert in etwa so: Mehrere Antennen rund um den Globus fangen ein Signal auf, und die Entfernungen zwischen diesen Antennen werden auf der Grundlage der Ankunftszeit des Signals berechnet. Atomuhren an jedem Standort messen die Ankunftszeit. Auf diese Weise können die Daten der verschiedenen Antennen kombiniert werden, so dass in der Praxis eine Antenne so groß ist wie der Abstand zwischen den Antennen. Während der Beobachtungen verfügte EHT über 8 Standorte, die ein virtuelles Teleskop mit einem Durchmesser von fast der Größe des Planeten bilden und eine Winkelauflösung von 20 Mikrobogensekunden ermöglichen. Ja, ich weiß, "coole Zahl, Bruder, was bedeutet sie?" Das ist die Auflösung, die man bräuchte, um von New York aus eine Zeitung in Paris lesen zu können.
Während der fünf Tage, in denen das EHT aktiv war, sammelten alle Teleskope zusammen etwa ein Petabyte an Daten. Die Datenmenge war zu groß, um sie per Kabel zu übertragen. Deshalb nahm das Team die Festplatten mit den Daten und flog sie zur Korrelation zum MIT Haystack Observatory und zum Max-Planck-Institut. Dort wurden die Daten von allen Zeitverzögerungen, die durch die unterschiedlichen Positionen der Teleskope verursacht wurden, sowie von möglichem Hintergrundrauschen und Störungen befreit.
Von den rohen VLBI-Spannungsdaten bis zum endgültigen Datenprodukt, mit dem die eigentliche Bildanalyse beginnt, gab es mehrere Schritte. Der erste Schritt ist die Korrelation, bei der die Daten durch Anwendung eines Erdgeometrie- und Verzögerungsmodells an einer gemeinsamen Zeitreferenz ausgerichtet werden (für dieses kleine Problem wurde viel Mathematik eingesetzt). Nach diesem Prozess bleiben immer noch riesige Datenmengen übrig, die verarbeitet werden müssen. Der nächste Schritt besteht also darin, die Schwankungen und "Verschiebungen" zu berücksichtigen, die während der Datenerfassung auftreten. Beispiele: Die Positionen der Teleskope können von den Schätzungen abweichen, elektronische Verzögerungen und Schwankungen der atmosphärischen Luftfeuchtigkeit. Diese Abweichungen von der Theorie (und viele andere Abweichungen) erfordern kleine Korrekturen der Modellwerte in einem Prozess, der als Fringe-Fitting bezeichnet wird. Nach diesem Prozess werden die Daten auf eine überschaubare Größe gemittelt und nachbearbeitet, um eine weitere Analyse zu ermöglichen.
Dies war ein sehr kurzer Durchgang durch die Erfassung und Verarbeitung der Daten hinter dem EHT-Foto (und wir haben noch nicht einmal über das Foto selbst gesprochen). Hoffentlich können wir dieses Thema wieder aufgreifen und über die Algorithmen sprechen, die dieses erstaunliche Bild erzeugt haben.
Wenn Sie interessiert sind, finden Sie hier weitere Informationen hier.
Geschrieben von. Anthon Ytterell
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