Όταν οι αστρονόμοι μιλούν για ένα οπτικό τηλεσκόπιο, συχνά αναφέρουν το μέγεθος του καθρέφτη του. Αυτό συμβαίνει επειδή όσο μεγαλύτερος είναι ο καθρέφτης σας, τόσο πιο έντονη μπορεί να είναι η θέα σας στους ουρανούς. Είναι γνωστό ως δύναμη επίλυσης και οφείλεται σε μια ιδιότητα φωτός γνωστή ως περίθλαση. Όταν το φως διέρχεται από ένα άνοιγμα, όπως το άνοιγμα του τηλεσκοπίου, θα τείνει να εξαπλωθεί ή να διαθλαστεί. Όσο μικρότερο είναι το άνοιγμα, τόσο περισσότερο το φως απλώνεται καθιστώντας την εικόνα σας πιο θολή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια μπορούν να τραβήξουν μια ευκρινέστερη εικόνα από τα μικρότερα.
Η περίθλαση δεν εξαρτάται απλώς από το μέγεθος του τηλεσκοπίου σας, αλλά εξαρτάται επίσης από το μήκος κύματος του φωτός που παρατηρείτε. Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος, τόσο περισσότερο φως διαθλάται για ένα δεδομένο μέγεθος ανοίγματος. Το μήκος κύματος του ορατού φωτός είναι πολύ μικρό, μήκους μικρότερου του ενός εκατοστιαίου μέτρου. Αλλά το ραδιόφωνο έχει μήκος κύματος που είναι χίλιες φορές μεγαλύτερο. Εάν θέλετε να τραβήξετε εικόνες τόσο ευκρινείς όσο αυτές των οπτικών τηλεσκοπίων, χρειάζεστε ένα ραδιο τηλεσκόπιο που είναι χίλιες φορές μεγαλύτερο από ένα οπτικό. Ευτυχώς, μπορούμε να κατασκευάσουμε ραδιοτηλεσκόπια τόσο μεγάλα χάρη σε μια τεχνική γνωστή ως ιντερφερομετρία.
Για να δημιουργήσετε ένα ραδιο τηλεσκόπιο υψηλής ανάλυσης, δεν μπορείτε απλά να δημιουργήσετε ένα τεράστιο ραδιοφωνικό πιάτο. Θα χρειαστείτε ένα πιάτο πάνω από 10 χιλιόμετρα. Ακόμα και το μεγαλύτερο ραδιοφωνικό πιάτο, το γρήγορο τηλεσκόπιο της Κίνας, βρίσκεται μόλις 500 μέτρα. Έτσι, αντί να χτίζετε ένα μεγάλο μεγάλο πιάτο, δημιουργείτε δεκάδες ή εκατοντάδες μικρότερα πιάτα που μπορούν να συνεργαστούν. Είναι σαν να χρησιμοποιείτε μόνο τμήματα ενός μεγάλου μεγάλου καθρέφτη αντί για το όλο πράγμα. Εάν το κάνατε με ένα οπτικό τηλεσκόπιο, η εικόνα σας δεν θα ήταν τόσο φωτεινή, αλλά θα ήταν σχεδόν τόσο έντονη.
Αλλά δεν είναι τόσο απλό όσο η κατασκευή πολλών μικρών κεραιών. Με ένα μόνο τηλεσκόπιο, το φως από ένα μακρινό αντικείμενο μπαίνει στο τηλεσκόπιο και εστιάζεται από τον καθρέφτη ή τον φακό σε έναν ανιχνευτή. Το φως που άφησε το αντικείμενο ταυτόχρονα φτάνει στον ανιχνευτή ταυτόχρονα, επομένως η εικόνα σας είναι συγχρονισμένη. Όταν έχετε μια σειρά από πιάτα ραδιοφώνου, το καθένα με τον δικό του ανιχνευτή, το φως από το αντικείμενο σας θα φτάσει σε ορισμένους ανιχνευτές κεραιών νωρίτερα από άλλους. Εάν συνδυάσατε όλα τα δεδομένα σας, θα έχετε ένα χάος. Εδώ μπαίνει η ιντερφερομετρία.
Κάθε κεραία στη συστοιχία σας παρατηρεί το ίδιο αντικείμενο και, όπως κάνουν, κάθε φορά επισημαίνει με ακρίβεια τον χρόνο της παρατήρησης. Με αυτόν τον τρόπο έχετε δεκάδες ή εκατοντάδες ροές δεδομένων, καθεμία με μοναδικά χρονικά σήματα. Από τις χρονικές σημάνσεις, μπορείτε να επαναφέρετε όλα τα δεδομένα συγχρονισμένα. Εάν γνωρίζετε ότι το πιάτο Β παίρνει ένα μόνο 2 μικροδευτερόλεπτα μετά το πιάτο Α, γνωρίζετε ότι το σήμα Β πρέπει να μετακινηθεί προς τα εμπρός 2 μικροδευτερόλεπτα για να είναι συγχρονισμένο.
Τα μαθηματικά για αυτό γίνονται πολύ περίπλοκα. Για να λειτουργήσει η ιντερφερόμετρη, πρέπει να γνωρίζετε τη διαφορά ώρας μεταξύ κάθε ζεύγους κεραιών. Για 5 πιάτα που είναι 15 ζευγάρια. Αλλά το VLA διαθέτει 27 ενεργά πιάτα ή 351 ζεύγη. Η ALMA διαθέτει 66 πιάτα, τα οποία δημιουργούν 2.145 ζευγάρια. Όχι μόνο αυτό, καθώς η Γη περιστρέφει την κατεύθυνση του αντικειμένου σας αλλάζει σε σχέση με τις κεραίες, πράγμα που σημαίνει ότι ο χρόνος μεταξύ των σημάτων αλλάζει καθώς κάνετε παρατηρήσεις. Πρέπει να παρακολουθείτε όλα αυτά για να συσχετίσετε τα σήματα. Αυτό γίνεται με έναν εξειδικευμένο υπερυπολογιστή που είναι γνωστός ως συσχετιστής. Είναι ειδικά σχεδιασμένο για να κάνει αυτόν τον υπολογισμό. Είναι ο συσχετιστής που επιτρέπει σε δεκάδες κεραίες να λειτουργούν ως ένα μόνο τηλεσκόπιο.
Χρειάστηκαν δεκαετίες για να βελτιώσουμε και να βελτιώσουμε τη ραδιοενδομετρία, αλλά έχει γίνει ένα κοινό εργαλείο για τη ραδιοαστρονομία. Από τα εγκαίνια του VLA το 1980 έως το πρώτο φως της ALMA το 2013, η ιντερφερομετρία μας έδωσε εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης εικόνες. Η τεχνική είναι τώρα τόσο ισχυρή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύνδεση τηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο.
Το 2009, τα παρατηρητήρια ραδιοφώνου σε όλο τον κόσμο συμφώνησαν να συνεργαστούν σε ένα φιλόδοξο έργο. Χρησιμοποίησαν τη συμβολομετρία για να συνδυάσουν τα τηλεσκόπια τους για να δημιουργήσουν ένα εικονικό τηλεσκόπιο τόσο μεγάλο όσο ένας πλανήτης. Είναι γνωστό ως τηλεσκόπιο Event Horizon και το 2019 μας έδωσε την πρώτη μας εικόνα μιας μαύρης τρύπας.
Με ομαδική εργασία και ενδομετρία, μπορούμε τώρα να μελετήσουμε ένα από τα πιο μυστηριώδη και ακραία αντικείμενα του σύμπαντος.
