Как лазеры с частотными гребенками позволяют четче наблюдать черные дыры

Чтобы рассмотреть далекую черную дыру, одного телескопа недостаточно.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Астрономы используют для изучения черных дыр технику под названием интерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI): несколько радиотелескопов, расположенных на разных континентах, одновременно ловят сигналы из космоса и работают как единый гигантский инструмент. Именно так в 2019 году было получено первое изображение тени черной дыры.

Однако у этого метода есть узкое место. Главная сложность VLBI состоит в том, чтобы точно совместить фазы радиосигналов, принятых разными телескопами. Представьте, что вам нужно измерить один и тот же объект несколькими линейками одновременно: если деления на них хоть немного «пляшут», точного результата не получить. Традиционные электронные опорные сигналы именно так и ведут себя на высоких частотах — возникают микроскопические вибрации, которые мешают точной калибровке.

Команда специалистов Корейского института науки и технологий (KAIST) под руководством профессора Чонвона Кима решила эту проблему принципиально новым способом, применив вместо электроники оптическую частотную гребенку. Это особый тип лазера, который излучает не один цвет, а десятки тысяч строго определенных частот, расположенных через равные интервалы. Спектр такого излучения напоминает зубцы расчески — отсюда и название. Поскольку интервалы между «зубцами» можно стабилизировать с точностью атомных часов, такой источник становится своеобразной «линейкой из света».

Впервые в мире ученые применили оптическую частотную гребенку непосредственно в приемнике радиотелескопа. Если прежний метод можно сравнить с линейкой, чьи деления дрожат на высоких частотах, то новая технология — это эталон, который фиксирует фазу с помощью исключительно стабильного света.

Технологию проверили на радиотелескопе Корейской VLBI-сети в обсерватории Енсе. Ученым удалось зафиксировать стабильные интерференционные картины между телескопами и доказать, что точная фазовая калибровка действительно возможна. Недавно систему установили и на радиотелескопе в Пхенчхане, что позволило расширить эксперименты на несколько наблюдательных пунктов одновременно.

«Это исследование — пример того, как ограничения существующей электронной техники были преодолены путем прямого применения оптических частотных гребенок к радиотелескопам, — говорит профессор Ким. — Оно существенно повысит точность наблюдений черных дыр».

Применение технологии не ограничивается астрономией. Ученые ожидают, что она будет полезна везде, где требуются сверхточные измерения пространства и времени: при сравнении атомных часов на разных континентах, в космической геодезии и при отслеживании межпланетных зондов.

Ранее ученые выяснили, как черные дыры выбрасывают вещество.

• космос

Поделиться