Eerder dit jaar ontdekten astronomen een fascinerende bevinding: er bestaan waarschijnlijk duizenden zwarte gaten in de buurt van het centrum van onze melkweg.
De röntgenfoto's die deze ontdekking mogelijk maakten, waren niet van een ultramoderne nieuwe telescoop. Ze zijn zelfs niet recentelijk genomen - sommige gegevens zijn bijna 20 jaar geleden verzameld.
Nee, de onderzoekers ontdekten de zwarte gaten door oude, lang gearchiveerde gegevens te doorzoeken.
Dit soort ontdekkingen zal alleen maar vaker voorkomen, omdat het tijdperk van "big data" de manier waarop wetenschap wordt uitgevoerd, verandert. Astronomen verzamelen elke dag een exponentieel grotere hoeveelheid gegevens - zo veel dat het jaren zal duren om alle verborgen signalen te ontdekken die in de archieven zijn begraven.
**********
Zestig jaar geleden werkte de typische astronoom grotendeels alleen of in een klein team. Ze hadden waarschijnlijk toegang tot een respectabel grote, op de grond gebaseerde optische telescoop in hun thuisinstelling.
Hun observaties waren grotendeels beperkt tot optische golflengten - min of meer wat het oog kan zien. Dat betekende dat ze signalen misten van een groot aantal astrofysische bronnen, die niet-zichtbare straling kunnen uitzenden van zeer laagfrequente radio tot gammastralen met een hoge energie. Voor het grootste deel, als je astronomie wilde doen, moest je een academische of excentrieke rijke persoon zijn met toegang tot een goede telescoop.
Oude gegevens werden opgeslagen in de vorm van fotografische platen of gepubliceerde catalogi. Maar toegang tot archieven van andere observatoria kan moeilijk zijn - en het was vrijwel onmogelijk voor amateurastronomen.
Tegenwoordig zijn er observatoria die het hele elektromagnetische spectrum bestrijken. Deze state-of-the-art observatoria worden niet langer beheerd door afzonderlijke instellingen en worden meestal opgezet door ruimteagentschappen en zijn vaak gezamenlijke inspanningen waarbij veel landen betrokken zijn.
Met de komst van het digitale tijdperk zijn bijna alle gegevens openbaar beschikbaar kort nadat ze zijn verkregen. Dit maakt astronomie zeer democratisch - iedereen die dat wil kan bijna elke dataset die het nieuws haalt opnieuw analyseren. (U kunt ook kijken naar de Chandra-gegevens die hebben geleid tot de ontdekking van duizenden zwarte gaten!)
De Hubble Space Telescope (NASA) Deze observatoria genereren een verbluffende hoeveelheid gegevens. De Hubble-ruimtetelescoop, die sinds 1990 werkt, heeft bijvoorbeeld meer dan 1, 3 miljoen waarnemingen gedaan en verzendt elke week ongeveer 20 GB aan onbewerkte gegevens, wat indrukwekkend is voor een telescoop die voor het eerst in de jaren 70 werd ontworpen. De Atacama Large Millimeter Array in Chili verwacht nu elke dag 2 TB aan gegevens aan zijn archieven toe te voegen.
**********
De archieven van astronomische gegevens zijn al indrukwekkend groot. Maar dingen staan op ontploffen.
Elke generatie observatoria is meestal minstens 10 keer gevoeliger dan de vorige, hetzij vanwege verbeterde technologie of omdat de missie gewoon groter is. Afhankelijk van hoe lang een nieuwe missie loopt, kan het honderden keren meer astronomische bronnen detecteren dan eerdere missies op die golflengte.
Vergelijk bijvoorbeeld het vroege EGRET-gammastraalobservatorium, dat in de jaren negentig vloog, met de vlaggenschipmissie van NASA Fermi, die dit jaar 10 wordt. EGRET detecteerde slechts ongeveer 190 gammastralingbronnen in de lucht. Fermi heeft meer dan 5.000 gezien.
De Large Synoptic Survey Telescope, een optische telescoop die momenteel in Chili wordt gebouwd, zal om de paar nachten de hele hemel in beeld brengen. Het zal zo gevoelig zijn dat het 10 miljoen waarschuwingen per nacht op nieuwe of tijdelijke bronnen genereert, wat na 10 jaar tot een catalogus van meer dan 15 petabytes leidt.
De Square Kilometre Array, wanneer voltooid in 2020, zal de meest gevoelige telescoop ter wereld zijn en in staat om radarstations op luchthavens van buitenaardse beschavingen tot 50 lichtjaar afstand te detecteren. In slechts één jaar activiteit genereert het meer gegevens dan het hele internet.
Deze ambitieuze projecten testen het vermogen van wetenschappers om met gegevens om te gaan. Afbeeldingen moeten automatisch worden verwerkt, wat betekent dat de gegevens moeten worden verkleind tot een beheersbare grootte of moeten worden omgezet in een afgewerkt product. De nieuwe observatoria verleggen de rekenkracht en vereisen faciliteiten die honderden terabytes per dag kunnen verwerken.
De resulterende archieven - allemaal openbaar doorzoekbaar - bevatten 1 miljoen keer meer informatie dan wat kan worden opgeslagen op uw standaard 1 TB back-upschijf.
**********
De data-zondvloed maakt van astronomie een meer op samenwerking gebaseerde en open wetenschap dan ooit tevoren. Dankzij internetarchieven, robuuste leergemeenschappen en nieuwe outreach-initiatieven kunnen burgers nu deelnemen aan de wetenschap. Met het computerprogramma kan iedereen bijvoorbeeld de inactieve tijd van zijn computer gebruiken om te zoeken naar zwaartekrachtsgolven door botsende zwarte gaten.
Het is ook een spannende tijd voor wetenschappers. Astronomen zoals ikzelf bestuderen vaak fysische fenomenen op tijdschalen die zo wild voorbij het typische menselijke leven zijn dat ze in realtime kijken gewoon niet zal gebeuren. Gebeurtenissen zoals een typische melkwegfusie - en dat is precies hoe het klinkt - kunnen honderden miljoenen jaren duren. Het enige dat we kunnen vastleggen is een momentopname, zoals een enkel stilstaand beeld uit een video van een auto-ongeluk.
Er zijn echter enkele fenomenen die zich voordoen op kortere tijdschalen, die slechts enkele decennia, jaren of zelfs seconden duren. Zo ontdekten wetenschappers die duizenden zwarte gaten in de nieuwe studie. Het is ook hoe ze zich onlangs realiseerden dat de röntgenemissie vanuit het centrum van een nabijgelegen dwergstelsel is vervaagd sinds het voor het eerst werd ontdekt in de jaren 1990. Deze nieuwe ontdekkingen suggereren dat er meer zal worden gevonden in archiefgegevens die decennia bestrijken.
Een zwart-gat aangedreven straal heet gas in de gigantische elliptische melkweg M87. (NASA, ESA, E. Meyer, W. Sparks, J. Biretta, J. Anderson, ST Sohn en R. van der Marel (STScI), C. Norman (Johns Hopkins University) en M. Nakamura (Academia Sinica )) In mijn eigen werk gebruik ik Hubble-archieven om films te maken van "jets", high-speed plasma uitgeworpen in stralen uit zwarte gaten. Ik heb meer dan 400 onbewerkte afbeeldingen van 13 jaar gebruikt om een film te maken van de jet in het nabijgelegen sterrenstelsel M87. Die film liet voor het eerst de draaiende bewegingen van het plasma zien, wat suggereert dat de straal een spiraalvormige structuur heeft.
Dit soort werk was alleen mogelijk omdat andere waarnemers, voor andere doeleinden, toevallig foto's namen van de bron waarin ik geïnteresseerd was, toen ik in de kleuterklas zat. Naarmate astronomische beelden groter, hoger en steeds gevoeliger worden, zal dit soort onderzoek de norm worden.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation.
Eileen Meyer, universitair docent natuurkunde, Universiteit van Maryland, Baltimore County
