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.
