KOLABORACIJA Event Horizon Telescope prije desetak dana, nakon dvogodišnjeg rada, objavila je nevjerojatnu snimku horizonta događaja crne rupe na kojoj se može vidjeti aureola prašine i plina te silueta crne rupe koja je od nas udaljena 50 milijuna svjetlosnih godina.

Na projektu koji bismo slobodno mogli nazvati astronomskim otkrićem desetljeća, radilo je dvjestotinjak znanstvenika iz više zemalja diljem svijeta. Ubrzo nakon objave prve fotografije crne rupe na društvenim mrežama i u medijima postalo je poznato ime 29-godišnje računalne znanstvenice Katie Bouman, koja je bila zaslužna za algoritme pomoću kojih je bila moguća izrada povijesne snimke.

Tako je američka demokratska zastupnica Alexandria Ocasio-Cortez napisala kako Bouman zaslužuje "svoje mjesto u povijesti".

"Čestitam i zahvaljujem na vašem golemom doprinosu napretku znanosti i čovječanstva", objavila je Ocasio-Cortez na Twitteru. "Podrška #WomenInSTEM!"

Snimali dvije crne rupe

Kako bi dobili prvu snimku horizonta događaja, astronomi su se odlučili na snimanje dviju supermasivnih crnih rupa: Sagittariusa A* i one koja se nalazi u galaksiji M87. Supermasivna crna rupa Sagittarius A* nalazi se u središtu naše galaksije, Mliječnog puta. Ima 4,3 milijuna puta veću masu od Sunca i udaljena je oko 25.000 svjetlosnih godina od Zemlje.

Crna rupa u galaksiji M87 jedna je od najvećih poznatih crnih rupa. Njena masa je šest milijardi puta veća od Sunca, a galaksija je od našeg planeta udaljena 50 milijuna svjetlosnih godina.

Zagrepčanin koji je snimao crnu rupu

No Bouman je bila dio kolaboracije u kojoj su sudjelovali mnogi znanstvenici, a među njima na projektu je radio i naš Zagrepčanin Mislav Baloković.

Mislav Baloković studirao je u Zagrebu, Splitu i na uglednom američkom Caltechu. Sudjeluje u NASA-inu projektu NuSTAR, u kolaboraciji Event Horizon Telescope i postdoktorand je na uglednom Harvardu. Glavna istraživačka zanimacija mu je, kako kaže, rendgensko zračenje aktivnih galaktičkih jezgri.

Znanstvenici koji su postigli nemoguće

Kao što smo već pisali na Indexu, kako bi uhvatili obrise, odnosno siluetu crne rupe, astronomi su odlučili snimiti njen horizont događaja. U tu svrhu domišljato su pretvorili niz radioteleskopa u virtualni teleskop veličine našeg planeta. Naime, iskoristili su osam, a kasnije i više teleskopa na različitim dijelovima Zemlje. Jedan je, primjerice, bio u Arizoni, drugi na Južnom polu, a svima njima istovremeno su promatrali isti objekt u svemiru.

Kada smo saznali da je u kolaboraciji radio i naš Mislav Baloković, kontaktirali smo ga i upitali kako je bilo sudjelovati u ovako fascinantnom projektu, što ih je najviše mučilo i kako su se zabavljali. Usput smo ga ispitali i o nekim dodatnim, ne tako poznatim informacijama o novom otkriću izgleda crne rupe.

Kako to da vam je trebalo skoro dvije godine za obradu svih podataka? Zašto je trajalo tako dugo?

Dvije godine nije puno za ovako izazovan projekt. Kao prvo, razvoj tehnologije i metoda traje skoro 20 godina, ali se intenzivirao u posljednjih nekoliko. Prikupiti podatke samo je jedan od mnogo koraka. Prvo ih treba skupiti (količina originalnih snimki bila je tolika da se jedino mogla fizički transportirati u velikim paketima tvrdih diskova, a ne internetom), zatim iskombinirati u superkompjuteru da ih se uopće može provjeriti. 

Tada kreće dugi iterativni postupak kalibracije, provjere i eliminacije loših podataka - vrijeme, na primjer, jedan je bitan faktor koji dio podataka čini neupotrebljivim - prije nego što se obrađeni podaci mogu smatrati prikladnim za stvaranje interferometrijskih slika. 

Po svojoj prirodi, EHT ne detektira slike, nego interferencijske uzorke proizvedene oblikom radijskog izvora na nebu. Različiti oblici mogu dati slične uzorke tako da je vrlo bitno imati pouzdane različite metode kojima se slike rekonstruiraju iz opaženih uzoraka. 

Razvoj tih metoda i postupka kojim ljudska priroda neće imati utjecaja na rezultat je veliki dio rada kolaboracije. Tek nakon toga na red dolaze analize konzistentnosti i karakterizacije slika, pa onda interpretacija i usporedba s teorijskim modelima.

Koji dio istraživanja je vama, a koji cijelom timu bio najteži? Gdje ste najviše lomili mozgove?

Tehnički najzahtjevniji dio posla je vjerojatno kalibracija podataka. Kada se nešto radi prvi put, teško je unaprijed znati ide li obrada podataka u dobrom smjeru, tako da je potrebno više preispitivanja i testiranja nego što je to inače slučaj.

Svima, pa i meni, u organizaciji prezentacije rezultata javnosti poseban je izazov suradnja s velikim brojem stručnjaka široko raspoređenim po svijetu: to znači telekonferencijske sastanke u ranu zoru ili kasno navečer i različite kulture u komunikaciji i organizaciji rada. 
 

Možete nam približiti kako je izgledao radni dan na EHT-u? Kako ste se zabavljali, koliko ste radili, jeste li samo računali?

Teško bi bilo opisati "tipični" radni dan. Ono što je tipično za ovaj projekt je puno sastanaka, odnosno telekonferencija s kolegama na svim stranama svijeta, i puno vremena pred računalima. 

Ali postoje i periodi koji su potpuno drugačiji, kao situacija u kojoj je kolega svirao ukulele za vrijeme EHT promatranja u travnju 2018. godine. Na tom zadatku smo pratili i koordinirali simultana promatranja devet radijskih opservatorija iz centralnog upravljačkog centra na našem institutu na Harvardu. Dok sve ide po planu, stigne se i malo svirati!

Na konferenciji su znanstvenici EHT-a objavili snimku crne rupe u galaksiji M87. Što je s fotografijom crne rupe u centru naše galaksije?

M87 je oko 1000 puta masivnija crna rupa i za isti faktor je veća. To znači da se promjene koje se događaju na vremenskoj skali jednog obilaska oko crne rupe događaju 1000 puta sporije. Zbog toga je slika koju EHT dobiva relativno stabilna kroz desetak dana, koliko traju promatranja i to nam daje veću pouzdanost. 

Za Sgr A*, supermasivnu crnu rupu u našoj galaksiji vremenska skala za promjene je kraća od naših promatranja, traje svega desetak minuta i to komplicira analizu podataka. Također, Sgr A* gledamo kroz turbulentni vrući plin unutar naše galaksije - kao da gledamo dno bazena kroz uzburkanu vodu - i to je nužno uzeti u obzir u obradi podataka koja je zbog toga zahtjevnija. 

Na tome se već radi, iako je u zadnje vrijeme fokus očito bio na M87, ali ne mogu za sada reći koliko će trebati da rezultati budu dovoljno rigorozni za znanstvene publikacije.

Einsteinova opća teorija relativnosti trebala je precizno predvidjeti oblik sjene crne rupe koji je, prema njoj, trebao biti okrugao. Bi li opća teorija relativnosti bila dovedena u pitanje da je oblik crne rupe bio izdužen?

Opća teorija relativnosti (GR) predviđa okruglu sjenu crne rupe točno određene veličine za danu masu crne rupe. Alternativne teorije predviđaju ili drugačiji oblik ili isti oblik druge veličine. Sve je to pod pretpostavkom da u potpunosti razumijemo fizikalne uvjete i način na koji plin koji zrači u neposrednoj okolini crne rupe jer je to ono što zapravo promatramo. 

Naravno, razumijevanje plazme koje trenutno imamo nije potpuno i to ostavlja prostora za različite interpretacije. Drugim riječima, opažena cirkularna sjena točne veličine ide u prilog GR-u, ali ne isključuje sve ostale alternative. No do neke mjere izdužena sjena ne isključuje GR zbog mogućih drugih fizikalnih efekata. Ti efekti mogu također biti od korekcija GR-a na malim fizikalnim skalama, tako da GR ostane teorija koja još uvijek funkcionira fantastično na većim skalama kao što je, na primjer, Newtonova gravitacija još uvijek dobra teorija na skali Sunčeva sustava.

Kako ste vi pridonijeli ovom fascinantnom projektu, koji je bio vaš zadatak u kolaboraciji EHT?

U kolaboraciji imam dvije glavne uloge. Pridružio sam se u jesen 2017. i ubrzo nakon toga preuzeo ulogu voditelja radne skupine za odnose s javnosti.

Moja skupina se također bavi osmišljavanjem i produkcijom grafičkih i video materijala, na kojima radimo s profesionalnim grafičarima i animatorima (video dolje). Od početka svog angažmana u ovoj skupini, vodio sam i još uvijek vodim kolaboracijske profile na društvenim mrežama (Facebook, Twitter, YouTube kanal, od nedavno i Instagram) i odgovoran sam za kolaboracijske web stranice.

Sa znanstvene strane, moj glavni interes i specijalizacija su promatranja u području rendgenskog zračenja. Iako je EHT projekt primarno fokusiran na promatranja u milimetarskom radio području, postoji nekoliko radnih skupina koje se bave proučavanjem širokog spektra zračenja simultano s milimetarskim radio promatranjima.

Takva promatranja mogu nam otkriti puno o fizikalnim procesima i uvjetima koji vladaju u neposrednoj okolini crnih rupa. Radio sam konkretno na organizaciji promatranja s NASA-inim teleskopima Chandra i NuSTAR te na obradi i analizi podataka skupljenih 2017.

Samo je jedan manji dio podataka analiziran za potrebe prvih 6 kolaboracijskih publikacija izdanih ovaj tjedan; konkretno, rendgenski podaci bili su bitni za eliminaciju dijela teorijskih fizikalnih modela koji bi inače bili konzistentni s opaženom slikom crne rupe u M87. 

Kao što je voditeljica grupe Sera Markoff rekla na konferenciji za medije u Washingtonu, kao voditeljica jedne od ovih radnih skupina, većina naših analiza doći će na red u narednom periodu jer je za sada fokus bio na prvoj slici crne rupe, koja je fantastičan rezultat.

Što će nam još otkriti kolaboracija EHT?

Izdani rezultati su doslovno samo prvi korak što se tiče znanosti; naravno, važan korak, ali u svakom slučaju rezultat koji ćemo u budućnosti moći napraviti bolje i detaljnije. 

Promatranja u 2020. uključivat će još dva dodatna opservatorija u mreži EHT-a. To će nam omogućiti da proučavamo polarizaciju zračenja oko horizonta događaja i varijabilnost, tj. promjene kroz vrijeme. Nadamo se da će nam to pomoći bolje razumjeti kako i pod kojim uvjetima crne rupe lansiraju relativističke mlazove čestica koje možemo vidjeti na velikim udaljenostima od crnih rupa. Za to su nam nužni i simultani podaci iz drugih frekvencijskih područja, na čemu ja radim. U svakom slučaju, još puno rezultata tek dolazi.

Za kraj, koji su vas hrvatski profesori najviše inspirirali tijekom studiranja u Zagrebu i Splitu?

Iskreno, uvijek me više inspirirala ljubav prema amaterskoj astronomiji, promatranjima teleskopom, nego fizika. Priznajem da sam bio oduševljen fizikom na prvim godinama studija jer ranije nisam intuitivno shvaćao koliko je elegantna. Međutim, moj cilj je uvijek bila astrofizika. 

Sa studija u Zagrebu mi je u najboljem sjećanju ostao profesor Matko Milin, ako baš moram nekoga izdvojiti. Sa studija u Splitu posebno su mi bila inspirativna predavanja profesora Ivice Puljaka, a od posebno važnih osoba u mom usmjerenju na profesionalnu astronomiju naveo bih profesoricu Vernesu Smolčić, koja je tada predavala kolegij u Splitu, a sada u Zagrebu, i bila mentor za moj diplomski rad o radio zračenju kvazara (pod-tipu aktivnih galaktičkih jezgara).