|
Лазеры позволяют более четко наблюдать черные дыры
|
|
|
|
Радиотелескопы - это приборы, которые улавливают слабые радиосигналы из космоса и преобразуют их в изображения небесных тел. Для четкого наблюдения удаленных черных дыр несколько радиотелескопов должны улавливать космические сигналы одновременно, действуя как единое целое. Исследовательские группы из KAIST разработали новую технологию опорного сигнала, которая использует лазерный луч для точной синхронизации времени наблюдения и фазы этих телескопов.
|
|
|
|
Исследовательская группа под руководством профессора Юнгвона Кима из факультета машиностроения в сотрудничестве с Корейским институтом астрономии и космических наук, Корейским научно—исследовательским институтом стандартов и науки и Институтом радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Германии внедрила технологию, которая напрямую использует лазеры с гребенчатой оптической частотой впервые в мире к приемникам радиотелескопа. Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.
|
|
|
|
Как работают лазеры с гребенчатой оптической частотой
|
|
|
|
В то время как обычный лазер излучает только один цвет (частоту), лазер с оптической частотной расческой излучает десятки тысяч чрезвычайно точных цветов, расположенных через равные промежутки времени. Такой внешний вид напоминает зубья расчески, отсюда и название "частотная расческа".
|
|
|
|
Поскольку частота каждого отдельного "зубца" точно известна, а интервалы могут быть точно настроены на уровне атомных часов, ученые называют его "сверхточной линейкой, сделанной из света".
|
|
|
|
|
|
|
Суть интерферометрии со сверхдлинной базовой линией (VSDBI), метода, при котором несколько радиотелескопов ведут наблюдения одновременно, заключается в выравнивании фаз радиосигналов, принимаемых каждым телескопом, как если бы они были выровнены по одной точной линейке. Однако существующие методы получения электронных эталонных сигналов сталкивались с ограничениями; по мере увеличения частоты наблюдения сам эталонный сигнал начинал мелко вибрировать, что затрудняло точную калибровку фазы.
|
|
|
|
В ответ на это исследовательская группа KAIST разработала метод подачи лазера с оптической частотной гребенкой непосредственно в радиотелескоп, основанный на идее "повышения фундаментальной точности фазового выравнивания за счет использования света (лазеров) на этапе генерации сигнала". Благодаря этому они успешно решили задачи генерации опорного сигнала и фазовой калибровки одновременно в рамках одной оптической системы.
|
|
|
|
Если традиционный метод был похож на использование "линейки с вибрирующими отметками, затрудняющими выравнивание фаз" на более высоких частотах, то эту новую технологию можно сравнить с установлением стандарта с помощью "сверхточной линейки, которая фиксирует фазу при чрезвычайно стабильном освещении". В результате они заложили основу для того, чтобы удаленные радиотелескопы взаимодействовали так же тщательно, как один гигантский телескоп.
|
|
Проверка и будущие применения
|
|
|
|
Эта технология была проверена в ходе тестовых наблюдений на корейском радиотелескопе VLBI Network (KVN) Yonsei. Исследовательской группе удалось обнаружить устойчивые интерференционные картины (полосы) между радиотелескопами и доказать с помощью реальных наблюдений, что возможна точная фазовая калибровка. Недавно эта система была также установлена на радиотелескопе KVN SNU в Пхенчхане, что позволило провести расширенные эксперименты с использованием нескольких наблюдательных площадок одновременно.
|
|
|
|
Команда ожидает, что это не только позволит получить более четкие изображения черных дыр, но и значительно сократит ошибки с фазовой задержкой между приборами — давнюю проблему в РСДБ-наблюдениях.
|
|
|
|
Применение этой технологии не ограничивается астрономическими наблюдениями. Команда ожидает, что это может быть распространено на различные передовые области, требующие точных измерений пространства-времени, такие как
|
|
|
|
- Сравнение сверхточных межконтинентальных часов
|
|
- Космическая геодезия
|
|
- Слежение за зондами в дальнем космосе
|
|
|
|
Профессор Ким сказал: "Это исследование - тот случай, когда ограничения существующей технологии генерации электронных сигналов были преодолены путем прямого применения лазеров с оптической частотной гребенкой к радиотелескопам. Это значительно повысит точность наблюдений за черными дырами следующего поколения и продвинет вперед области частотной метрологии и стандартов времени".
|
|
|
|
Источник
|
