Kun tähtitieteilijät puhuvat optisesta kaukoputkesta, he mainitsevat usein sen peilin koon. Koska suurempi peili, sitä terävämpi näkymä taivaaseen voi olla. Sitä kutsutaan erotusvoimana, ja se johtuu valon ominaisuudesta, joka tunnetaan diffraktiona. Kun valo kulkee aukon, kuten kaukoputken aukon, läpi, sillä on taipumus levitä tai diffrogoitua. Mitä pienempi aukko, sitä enemmän valo leviää, jolloin kuva on epäselvämpi. Siksi suuret kaukoputket voivat ottaa terävämmän kuvan kuin pienemmät.
Diffraktio ei riipu vain kaukoputken koosta, se riippuu myös tarkkailemasi valon aallonpituudesta. Mitä pidempi aallonpituus, sitä enemmän valo diffundoi annetulle aukkokoolle. Näkyvän valon aallonpituus on hyvin pieni, alle miljoonaosa metriä pitkä. Mutta radiovalon aallonpituus on tuhat kertaa pidempi. Jos haluat ottaa yhtä teräviä kuvia kuin optiset kaukoputket, tarvitset radioteleskoopin, joka on tuhat kertaa suurempi kuin optinen. Onneksi pystymme rakentamaan tämän suuren radioteleskoopin interferometriaksi tunnetun tekniikan ansiosta.
Jos haluat rakentaa korkearesoluutioisen radioteleskoopin, et voi yksinkertaisesti rakentaa valtavaa radiotasoa. Tarvitset lautasen yli 10 kilometrin poikki. Jopa suurin radiolautas, Kiinan FAST-kaukoputki, on vain 500 metrin poikki. Joten yhden suuren ruuan rakentamisen sijaan rakennat kymmeniä tai satoja pienempiä ruokia, jotka voivat toimia yhdessä. Se on vähän kuin käytettäisi vain suuren suuren peilin osia kokonaisuuden sijaan. Jos tekisit tämän optisella kaukoputkella, kuva ei olisi niin kirkas, mutta se olisi melkein yhtä terävä.
Mutta se ei ole niin yksinkertaista kuin rakentaa paljon pieniä antenniruokaa. Yhden kaukoputken avulla etäisen esineen valo menee kaukoputkeen ja peili tai linssi tarkentaa ilmaisimeen. Kohteesta samaan aikaan jättänyt valo pääsee ilmaisimeen samaan aikaan, joten kuva on synkronoitu. Kun sinulla on joukko radioastioita, joilla jokaisella on oma ilmaisin, esineeltään tuleva valo pääsee joihinkin antennitunnistimiin nopeammin kuin toiset. Jos yhdistäisit kaikki tietosi, sinulla olisi hämmennystä. Tähän kohtaan tulee interferometria.
Jokainen ryhmäsi antenni tarkkailee samaa objektia, ja kuten ne tekevät, ne kukin merkitsevät tarkkailuajan tarkasti. Tällä tavalla sinulla on kymmeniä tai satoja tietovirtoja, jokaisella on ainutlaatuiset aikaleimat. Aikaleimoista voit laittaa kaikki tiedot takaisin synkronoituina. Jos tiedät, että malja B saa yhden 2 mikrosekunnin astian A jälkeen, tiedät, että signaalia B on siirrettävä eteenpäin 2 mikrosekuntia ollakseen tahdissa.
Tämän matematiikka tulee todella monimutkaiseksi. Jotta interferometria toimisi, sinun on tiedettävä antennielevyparien välinen aikaero. Viidelle astialle, joissa on 15 paria. Mutta VLA: ssa on 27 aktiivista ruokaa tai 351 paria. ALMAssa on 66 ruokia, mikä tekee 2145 paria. Ei vain, että kun maapallo pyörii, objektisi suunta muuttuu antennimaljoihin nähden, mikä tarkoittaa, että signaalien välinen aika muuttuu, kun teet havaintoja. Sinun on seurattava kaikkea sitä signaalien korreloimiseksi. Tämä tehdään erikoistuneella supertietokoneella, jota kutsutaan korrelaattoriksi. Se on erityisesti suunniteltu tekemään tämä yksi laskenta. Korrelaattori antaa kymmenille antenniannoille toimia yhtenä teleskooppina.
Radiointerferometrian tarkentaminen ja parantaminen on kestänyt vuosikymmeniä, mutta siitä on tullut yleinen radioastronomian työkalu. Interferometria on antanut meille poikkeuksellisen korkearesoluutioisia kuvia VLA: n vihkiytymisestä vuonna 1980 ALMA: n ensimmäiseen valoon vuonna 2013. Tekniikka on nyt niin voimakas, että sitä voidaan käyttää kaukoputkien kytkemiseen ympäri maailmaa.
Vuonna 2009 radion observatorioissa ympäri maailmaa sovittiin yhteistyöstä kunnianhimoisen hankkeen parissa. He käyttivät interferometriaa yhdistämään kaukoputkensa luodakseen virtuaalisen kaukoputken, joka on yhtä suuri kuin planeetta. Se tunnetaan nimellä Event Horizon Telescope, ja vuonna 2019 se antoi meille ensimmäisen kuvan mustasta aukosta.
Ryhmätyön ja interferometrian avulla voimme nyt tutkia yhtä maailmankaikkeuden salaperäisimmistä ja äärimmäisimmistä esineistä.
