Чтобы исследовать удаленную черную дыру, одного телескопа недостаточно.
Астрономы применяют для исследования черных дыр метод, известный как интерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI): несколько радиотелескопов, расположенных на разных континентах, синхронно принимают сигналы из космоса и функционируют как единый огромный инструмент. Именно таким образом в 2019 году было получено первое изображение тени черной дыры.
Однако у этого подхода есть свое слабое место. Основная трудность VLBI заключается в том, чтобы точно совместить фазы радиосигналов, полученных различными телескопами. Представьте, что вам необходимо измерить один и тот же объект несколькими линейками одновременно: если деления на них хоть немного «пляшут», достичь точного результата не получится. Традиционные электронные опорные сигналы именно так и ведут себя на высоких частотах — возникают микроскопические колебания, мешающие точной калибровке.
Команда ученых Корейского института науки и технологий (KAIST) под руководством профессора Чонвона Кима решила эту задачу 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 равномерно. Спектр такого излучения напоминает зубцы расчески — отсюда и название. Поскольку интервалы между «зубцами» можно стабилизировать с точностью атомных часов, такой источник становится своего рода «линейкой из света».
Впервые в мире ученые внедрили оптическую частотную гребенку непосредственно в приемник радиотелескопа. Если раньше метод можно было сравнить с линейкой, чьи деления колеблются на высоких частотах, то новая технология — это эталон, который фиксирует фазу с помощью исключительно стабильного света.
Эту технологию протестировали на радиотелескопе Корейской VLBI-сети в обсерватории Енсе. Ученым удалось зафиксировать стабильные интерференционные картины между телескопами и подтвердить, что точная фазовая калибровка действительно возможна. Совсем недавно систему установили и на радиотелескопе в Пхенчхане, что дало возможность 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, — отмечает профессор Ким. — Оно значительно повысит точность наблюдений черных дыр».
