Радиотелескопы переходят с электроники на лазеры: лазерные частотные гребёнки позволят получать более чёткие изображения чёрных дыр

Ученые из Корейского института науки и технологий (KAIST) разработали технологию, использующую лазерные частотные гребёнки для точной синхронизации работы радиотелескопов. Это позволит получать более чёткие изображения чёрных дыр и других далёких космических объектов.

В основе метода лежит принцип интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI), когда несколько радиотелескопов одновременно наблюдают за одним и тем же объектом, имитируя работу одного гигантского телескопа. Ключевая задача — точная синхронизация фаз радиосигналов, принимаемых каждым телескопом. Традиционные электронные методы сталкиваются с ограничениями, поскольку с ростом частоты наблюдения возникают микровибрации опорного сигнала, затрудняющие калибровку фазы.

Решением стала интеграция лазерной частотной гребёнки непосредственно в радио телескоп. Частотная гребенка — это лазер, излучающий десятки тысяч частот с высокой точностью и равномерными интервалами. Интервалы можно настраивать с точностью атомных часов, что делает её «сверхточным эталоном». Учёные KAIST предложили использовать лазеры для генерации опорного сигнала, что позволило одновременно решить проблемы генерации опорного сигнала и калибровки фазы.

Новая технология была протестирована на радиотелескопе Ёнсе в составе Корейской сети VLBI (KVN). Учёным удалось обнаружить стабильные интерференционные картины между радиотелескопами и подтвердить возможность точной калибровки фазы. Недавно система была установлена на радиотелескопе KVN SNU Пхёнчхан, что позволит проводить эксперименты с использованием нескольких наблюдательных площадок одновременно.

Ожидается, что новая технология не только позволит получать более чёткие изображения чёрных дыр, но и значительно снизит ошибки задержки фазы между инструментами — давнюю проблему наблюдений VLBI.

VLBI позволяет объединять данные с телескопов, разнесённых на тысячи километров, для достижения высокого углового разрешения, сравнимого с разрешением телескопа размером с Землю. Это особенно ценно при изучении далёких и малых объектов, таких как активные ядра галактик и чёрные дыры.

Помимо астрономических наблюдений, технология может быть применена в других областях, требующих точных измерений пространства-времени: межконтинентальное сравнение сверхточных часов, космическая геодезия и отслеживание космических аппаратов в дальнем космосе.

 Источник: Light: Science & Applications