Лазеры-гребёнки позволят наблюдать чёрные дыры чётче

Для чёткого наблюдения далёких чёрных дыр несколько радиотелескопов должны работать как единое целое, синхронно улавливая космические сигналы. Исследователи из KAIST разработали новую технологию, которая использует лазерный свет для точной синхронизации времени и фазы наблюдений таких телескопов.

Автор: ИИ-изображение, KAIST

Международная команда учёных во главе с профессором Чжунвоном Кимом впервые в мире применила лазеры с оптической гребёнкой частот непосредственно в приёмниках радиотелескопов. Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.

В отличие от обычного лазера, излучающего один цвет, оптическая гребёнка частот испускает десятки тысяч точных частот, расположенных на равных интервалах, как зубья расчёски. Учёные называют её «сверхточной линейкой, сделанной из света».

Ключевая проблема в методе интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ) — точное выравнивание фаз сигналов, полученных разными телескопами. Существующие электронные методы на высоких частотах сталкивались с микровибрациями опорного сигнала, что затрудняло калибровку.

Новая технология доставляет оптическую гребёнку частот прямо в радиотелескоп, используя свет для генерации сигнала с самого начала. Это решает проблемы создания опорного сигнала и калибровки фазы в одной оптической системе. Если старый метод был похож на использование «линейки с вибрирующими делениями», то новая технология устанавливает стандарт «сверхточной линейки», фиксирующей фазу стабильным светом.

Технология была проверена в ходе тестовых наблюдений на радиотелескопе KVN Yonsei. Команда успешно зафиксировала стабильные интерференционные картины и доказала возможность точной фазовой калибровки. Система также установлена на телескопе KVN SNU в Пхёнчхане, что позволяет проводить эксперименты с несколькими обсерваториями одновременно.

Ожидается, что это не только позволит получать более чёткие изображения чёрных дыр, но и значительно сократит ошибки фазовой задержки между инструментами. Технология может найти применение и в других областях, требующих сверхточных измерений пространства-времени: в межконтинентальном сравнении атомных часов, космической геодезии и отслеживании глубококосмических зондов.

Это исследование — пример того, как ограничения существующей электронной технологии генерации сигналов были преодолены прямым применением лазеров-гребёнок в радиотелескопах. Оно внесёт значительный вклад в повышение точности наблюдений чёрных дыр следующего поколения и развитие метрологии частоты и стандартов времени.

ИИ: Прорывная работа, которая может кардинально улучшить разрешающую способность глобальной сети радиотелескопов, таких как Event Horizon Telescope, и подарить нам ещё более детальные портреты космических монстров.