Команда под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) достигла беспрецедентного результата: получила самое чёткое изображение диска далёкой звезды, используя при этом только один телескоп. Для этого было использовано новое устройство под названием «фотонный фонарь», которое изменило представление о возможностях телескопов в плане получения изображений.
Новый взгляд на возможности телескопов: одна линза — бесконечные возможности
Традиционно для получения изображений звёзд с высоким разрешением требовалась объединённая мощность нескольких телескопов, таких как Очень большой телескоп или ALMA. Новая техника бросает вызов этой парадигме, обеспечивая рекордную детализацию с помощью одного наземного инструмента.
Ключ к такой производительности заключается в фотонном фонаре — передовой системе оптических волокон, которая захватывает и разлагает звёздный свет на несколько каналов. Эти каналы сохраняют мелкую пространственную информацию, обычно теряемую в традиционной оптике.
«В астрономии самые чёткие детали изображения обычно получают путём соединения телескопов. Но мы сделали это с помощью одного телескопа, направив его свет в специально разработанное оптическое волокно, называемое фотонным фонарём. Это устройство разделяет звёздный свет в соответствии с его моделями флуктуаций, сохраняя тонкие детали, которые в противном случае были бы потеряны. Восстановив измерения выходных сигналов, мы смогли реконструировать изображение с очень высоким разрешением диска вокруг ближайшей звезды», — объяснила Ю Джунг Ким, первый автор и докторант UCLA.
Это нововведение не только упрощает работу систем визуализации, но и открывает новые возможности для обсерваторий, где создание больших массивов телескопов неосуществимо. Это может изменить правила игры в гонке за наблюдением слабых, далёких или компактных объектов в космосе.
Разработка нового способа видения
Фотонный фонарь был разработан в рамках глобального сотрудничества с участием учреждений в США, Франции, Японии и Австралии. Система является частью прибора FIRST-PL, установленного на телескопе «Субару» на Гавайях, и использует адаптивную оптику для коррекции атмосферных турбулентностей.
«Что меня больше всего волнует, так это то, что этот инструмент сочетает в себе передовые технологии в области фотоники и точное машиностроение, которое здесь, на Гавайях. Это показывает, как сотрудничество по всему миру и между различными дисциплинами может буквально изменить то, как мы видим космос», — сказал Себастьян Вьевард из Инициативы космических наук и инженерии Гавайского университета.
Выявление скрытых асимметрий в диске вращающейся звезды
Целью этого новаторского эксперимента стала звезда Бета Малого Пса (Beta Canis Minoris, β CMi) — быстро вращающаяся звезда, окружённая диском из водорода. Когда диск вращается, доплеровские сдвиги вызывают едва заметные синие и красные смещения на противоположных сторонах — смещение к синему цвету по направлению к Земле, смещение к красному — от Земли. Обнаружив эти сдвиги с высокой точностью, команда смогла составить карту структуры диска с исключительной точностью.
К их удивлению, диск оказался асимметричным — перекошенная структура, которую ранее не наблюдали. Это неожиданное открытие добавляет новый слой тайны к уже сложному поведению звёзд типа Be.
«Мы не ожидали обнаружить такую асимметрию, и астрофизикам, моделирующим эти системы, предстоит объяснить её присутствие», — сказала Ким.
Данные были реконструированы с использованием новых алгоритмов компьютерной визуализации, что позволило повысить точность позиционирования в пять раз по сравнению с существующими методами. Как отмечено в журнале The Astrophysical Journal Letters, сочетание оптических инноваций и разработки программного обеспечения стало ключом к достижению этого рубежа.
Расширение границ фотонной астрономии
Эта техника не просто делает более чётким то, что астрономы могут увидеть — она переопределяет способы сбора, обработки и анализа света из глубокого космоса. Последствия выходят за рамки изучения звёздных дисков и включают потенциальные исследования атмосфер экзопланет, протопланетных дисков и слабых галактических структур.
«Эта работа демонстрирует потенциал фотонных технологий для обеспечения новых видов измерений в астрономии», — сказал Неманья Йованович, соруководитель исследования в Калифорнийском технологическом институте. «Мы только начинаем. Возможности поистине захватывающие».
Хотя этот метод всё ещё находится на ранней стадии развития, он показывает многообещающие перспективы для широкого применения. Такие инструменты, как FIRST-PL, могут быть адаптированы для использования на других телескопах и могут сыграть решающую роль в обсерваториях следующего поколения, таких как Тридцатиметровый телескоп (TMT) или Гигантский Магелланов телескоп (GMT).