شما نمیتوانید صرفاً یک تلسکوپ را به سمت آن بگیرید و عکس بگیرید. سیاهچالهها آنقدر دور و فشرده هستند که ثبت جزئیات آنها نیازمند چندین رادیو تلسکوپ پراکنده در سراسر کره زمین است تا به عنوان یک ابزار عظیم با هم کار کنند. نکته کلیدی چیست؟ همه آنها باید در دقیقاً همان لحظه مشاهده کنند و سیگنالهایشان باید به طور کامل همتراز باشند.
این چالش همگامسازی مدتهاست که عامل محدودکنندهای در نجوم رادیویی محسوب میشود. اکنون، محققان موسسه پیشرفته علم و فناوری کره (KAIST) در کره جنوبی راهکاری توسعه دادهاند که در آن سیگنالهای مرجع الکترونیکی که تلسکوپها به طور سنتی از آن استفاده میکردند، با چیزی بسیار دقیقتر، یعنی نور لیزر، جایگزین شده است.
این تکنولوژی بر پایه لیزرهای «شانه فرکانس نوری» (Optical Frequency Comb) متمرکز است؛ ابزارهایی که نه یک رنگ نور، بلکه دهها هزار فرکانس فوقالعاده دقیق را با فاصلههای منظم ساطع میکنند. به یک خطکش فکر کنید که در آن هر علامت، یک طول موج دقیق از نور است که همه به طور کامل فاصلهگذاری و تثبیت شدهاند. از آنجا که دانشمندان فرکانس دقیق هر «دندانه» روی این شانه نوری را میدانند و میتوانند فواصل آنها را با دقت ساعت اتمی تنظیم کنند، آنها به طور موثر یک ابزار اندازهگیری فوقدقیق متشکل از نور در اختیار دارند.
پروفسور جونگوون کیم (Jungwon Kim) از دانشکده مهندسی مکانیک KAIST تیم توسعه را رهبری میکرد. نوآوری آنها این بود که این شانههای لیزری را مستقیماً به گیرندههای رادیو تلسکوپ تزریق کنند و یک مرجع مشترک را از همان ابتدای پردازش سیگنال برقرار سازند. این امر به طور بنیادین با رویکردهای سنتی که بر سیگنالهای الکترونی برای هماهنگی مشاهدات تکیه میکردند، متفاوت است.
مشکل روشهای الکترونیکی در فرکانسهای رادیویی بالاتر شدت مییابد. همانطور که ستارهشناسان برای دیدن جزئیات ریزتر تلاش میکنند در طول موجهای کوتاهتر مشاهده کنند، کالیبراسیون دقیق روابط فازی بین تلسکوپهای مختلف به طور فزایندهای دشوار میشود. سیگنالهای الکترونی برای حفظ پایداری و دقت لازم تلاش میکنند. این مسئله شبیه به تلاش برای استفاده از یک خطکش پلاستیکی منعطف است زمانی که شما به اندازهگیریهایی با دقت کسری از میلیمتر نیاز دارید.
رویکرد لیزری با تحویل مستقیم یک شانه فرکانس نوری به گیرنده هر تلسکوپ، این محدودیت را به طور کامل دور میزند و سیستم، همترازی فازی را با پایداری بنیادین خودِ نور برقرار میسازد. تیم این فناوری را از طریق مشاهدات در تلسکوپ رادیویی یونسی (Yonsei Radio Telescope) متعلق به شبکه VLBI کره تأیید کردند و با موفقیت الگوهای تداخل پایدار را بین تلسکوپها شناسایی نمودند. اخیراً، آنها تستها را برای شامل کردن تلسکوپ رادیویی پیونگچانگ (Pyeongchang) شبکه KVN گسترش دادند و نشان دادند که این سیستم به طور همزمان در چندین سایت کار میکند.
پیامدهای این مطالعه فراتر از خود عکاسی از سیاهچالهها گسترش مییابد. همان تکنولوژی زمانبندی دقیق میتواند مقایسات ساعت اتمی بینقارهای را در سطوح بیسابقهای از دقت ممکن سازد، اندازهگیریهای ژئودزی فضایی که حرکات ظریف زمین را ردیابی میکنند را بهبود بخشد و ردیابی کاوشگران فضای عمیق را تقویت کند.
این تحقیق آنچه کیم آن را غلبه بر محدودیتهای بنیادین تولید سیگنال الکترونیکی با بهرهگیری از دقت نوری مینامد، را به نمایش میگذارد. برای ستارهشناسانی که امیدوارند تصاویر تیزتر و تیزتری از سیاهچالهها و اشیاء دور دست ثبت کنند، این یک گام مهم در جهت رفتار دادن به تلسکوپهای رادیویی دور مانند یک ابزار تصویربرداری به طور غیرممکن بزرگ است.
