Коли астрономи говорять про оптичний телескоп, вони часто згадують розміри його дзеркала. Це тому, що чим більше дзеркало, тим гострішим може бути погляд на небо. Він відомий як роздільна сила, і це обумовлено властивістю світла, відомою як дифракція. Коли світло проходить через отвір, такий як отвір телескопа, воно буде схильне поширюватися або розсіюватися. Чим менше отвір, тим більше світла поширюється, роблячи ваше зображення більш розмитим. Ось чому більші телескопи можуть знімати чіткіше зображення, ніж менші.
Дифракція не залежить тільки від розміру вашого телескопа, але також залежить від довжини хвилі світла, яку ви спостерігаєте. Чим більше довжина хвилі, тим більше світла розсіюється для заданого розміру відкриття. Довжина хвилі видимого світла дуже мала, довжина менше мільйона метра. Але радіо-світло має довжину хвилі, яка в тисячу разів довша. Якщо ви хочете робити знімки настільки гострі, як на оптичних телескопах, вам потрібен радіотелескоп, який у тисячу разів більший за оптичний. На щастя, ми можемо побудувати такі великі радіотелескопи завдяки техніці, відомій як інтерферометрія.
Щоб побудувати радіотелескоп високої роздільної здатності, ви не можете просто побудувати величезну радіовузол. Вам потрібно блюдо більше 10 кілометрів. Навіть найбільший радіотехнічний посуд - китайський телескоп FAST - попереду всього 500 метрів. Тож замість того, щоб будувати одну велику страву, ви створюєте десятки чи сотні менших страв, які можуть працювати разом. Це трохи схоже на використання лише частин великого великого дзеркала замість усієї справи. Якби ви це зробили за допомогою оптичного телескопа, ваше зображення було б не таким яскравим, але було б майже таким же різким.
Але це не так просто, як складати багато маленьких антенних антен. За допомогою одного телескопа світло від далекого предмета надходить у телескоп і фокусується дзеркалом або лінзою на детекторі. Світло, яке одночасно покинуло об'єкт, одночасно надходить до детектора, тож ваше зображення синхронізоване. Коли у вас є масив радіо посуду, кожен з яким має власний детектор, світло від вашого об'єкта надійде до деяких детекторів антен раніше, ніж до інших. Якби ви просто поєднали всі ваші дані, у вас виникло брязнення. Ось тут заходить інтерферометрія.
Кожна антена у вашому масиві спостерігає за одним і тим же об'єктом, і кожен з них дуже точно відзначає час спостереження. Таким чином, у вас є десятки або сотні потоків даних, кожен з унікальних часових позначок. З часових міток ви можете повернути всі дані назад у синхронізацію. Якщо ви знаєте, що блюдо B отримує один 2 мікросекунди після страви A, ви знаєте, що сигнал B повинен бути зміщений вперед на 2 мікросекунди, щоб синхронізуватися.
Математика для цього стає дуже складною. Для того, щоб інтерферометрія працювала, ви повинні знати різницю у часі між кожною парою антенних антен. На 5 страв, по 15 пар. Але в VLA є 27 активних страв або 351 пара. ALMA має 66 страв, що складає 2145 пар. Мало того, що Земля обертається, коли напрямок вашого об'єкта зміщується відносно антени, це означає, що час між сигналами змінюється під час спостереження. Ви повинні відстежувати все це, щоб співвідносити сигнали. Це робиться за допомогою спеціалізованого суперкомп'ютера, відомого як корелятор. Він спеціально розроблений для цього одного обчислення. Саме корелятор дозволяє десяткам антенного посуду діяти як єдиний телескоп.
Минуло десятиліття на вдосконалення та вдосконалення радіоінтерферометрії, але це стало загальним інструментом радіоастрономії. З моменту відкриття VLA в 1980 році до першого світла ALMA в 2013 році інтерферометрія дала нам надзвичайно високі роздільні зображення. Зараз ця техніка настільки потужна, що її можна використовувати для підключення телескопів у всьому світі.
У 2009 році радіо-обсерваторії по всьому світу погодилися працювати разом над амбітним проектом. Вони використовували інтерферометрію для об'єднання своїх телескопів, щоб створити віртуальний телескоп розміром з планетою. Він відомий як телескоп Event Horizon, і в 2019 році він дав нам своє перше зображення чорної діри.
Завдяки роботі в команді та інтерферометрії ми зараз можемо вивчати один із найзагадковіших та найекстремальніших предметів у Всесвіті.
