HD 163296 DSHARP सहयोग द्वारा देखी गई एक विशिष्ट प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क का प्रतिनिधि है। इसमें एक केंद्रीय प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क, बाहरी उत्सर्जन के छल्ले और उनके बीच अंतराल है। इस प्रणाली में कई ग्रह होने चाहिए, और एक दूसरे से सबसे बाहरी रिंग के लिए एक विषम विरूपण साक्ष्य इंटीरियर की पहचान कर सकते हैं जो कि एक गड़बड़ी ग्रह का एक गप्पी संकेत हो सकता है। निचले दाईं ओर स्केल बार 10 AU है, जो केवल कुछ मिली सेकेंड्स के रिज़ॉल्यूशन से मेल खाता है। यह केवल वीएलबीआई के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है। (SM ANDREWS ET AL। और DSHARP संकलन, ARXIV: 1812.04040)

ईथन से पूछें: बहुत-लंबी-बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री हमें एक काले छेद की छवि की अनुमति कैसे देती है?

इवेंट होराइजन टेलिस्कोप से यह तकनीक है, जिसने हमें ब्लैक होल की छवि दी है। यहां देखिए यह कैसे काम करता है।

द इवेंट होराइज़न टेलीस्कोप ने वह पूरा किया है जो अब तक किसी अन्य टेलीस्कोप या टेलीस्कोप ऐरे ने नहीं किया है: सीधे ब्लैक होल के ईवेंट क्षितिज की नकल की। पांच महाद्वीपों में आठ स्वतंत्र दूरबीन सुविधाओं के डेटा का उपयोग करने वाले 200 से अधिक वैज्ञानिकों की एक टीम इस स्मारकीय विजय को प्राप्त करने के लिए एक साथ शामिल हुई। हालांकि, कई योगदान और योगदानकर्ता हैं जो अच्छी तरह से हाइलाइट किए जाने के योग्य हैं, एक मौलिक भौतिकी तकनीक है जो सभी पर निर्भर करती है: वेरी-लॉन्ग-बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री, या वीएलबीआई। पैट्रियन समर्थक केन ब्लैकमैन जानना चाहते हैं कि यह कैसे काम करता है, और इसने इस उल्लेखनीय उपलब्धि को कैसे सक्षम किया:

[घटना क्षितिज टेलीस्कोप] वीएलबीआई का उपयोग करता है। तो इंटरफेरोमेट्री क्या है और इसे [द इवेंट होराइज़न टेलीस्कोप] द्वारा कैसे नियोजित किया गया था? ऐसा लगता है कि यह M87 की छवि बनाने में एक महत्वपूर्ण घटक था लेकिन मुझे नहीं पता कि कैसे या क्यों। देखभाल करने के लिए?

आप हैं; चलो यह करते हैं।

कोई भी परावर्तित दूरबीन एक बड़े प्राथमिक दर्पण के माध्यम से आने वाली प्रकाश किरणों को परावर्तित करने के सिद्धांत पर आधारित है, जो उस प्रकाश को एक बिंदु पर केंद्रित करती है, जहां यह तब या तो डेटा में टूट जाती है और रिकॉर्ड की जाती है या एक छवि का निर्माण करती है। यह विशिष्ट आरेख एक हर्शेल-लोमोनोसोव दूरबीन प्रणाली के लिए प्रकाश-पथ दिखाता है। (विकिमीडिया कॉमन्स USER EUDJINNIUS)

एकल दूरबीन के लिए, सब कुछ अपेक्षाकृत सरल है। प्रकाश समानांतर किरणों की एक श्रृंखला के रूप में आता है, सभी एक ही दूर के स्रोत से उत्पन्न होते हैं। प्रकाश दूरबीन के प्राथमिक दर्पण से टकराता है, और एक बिंदु पर केंद्रित हो जाता है। यदि आप प्रकाश के मार्ग के साथ एक अतिरिक्त दर्पण (या दर्पण का सेट) लगाते हैं, तो वे उस कहानी को नहीं बदलते हैं; वे बस उस जगह को बदलते हैं जहां प्रकाश हवाएं एक बिंदु पर परिवर्तित होती हैं।

उन सभी प्रकाश किरणों को एक ही समय में उस अंतिम बिंदु पर पहुंचते हैं, जहां उन्हें बाद में एक छवि में जोड़ा जा सकता है या कच्चे डेटा के रूप में सहेजा जा सकता है, बाद में एक छवि में संसाधित किया जा सकता है। यह एक दूरबीन का अल्ट्रा-बेसिक संस्करण है: प्रकाश एक स्रोत से आता है, एक छोटे से क्षेत्र में केंद्रित हो जाता है, और रिकॉर्ड किया जाता है।

कार्ल जंस्की वेरी लार्ज एरे का एक छोटा सा खंड, जो दुनिया के सबसे बड़े और रेडियो टेलीस्कोप के सबसे शक्तिशाली सरणियों में से एक है। जब तक व्यक्तिगत व्यंजनों को एक साथ ठीक से सिंक्रनाइज़ नहीं किया जाता है, तब तक वे एकल डिश की तुलना में किसी भी उच्च संकल्प को प्राप्त नहीं करेंगे। (जॉन फॉलर)

लेकिन क्या होगा अगर आपके पास एक भी टेलीस्कोप नहीं है, लेकिन कई टेलिस्कोप हैं जो किसी प्रकार के सरणी में एक साथ नेटवर्क किए जाते हैं? आप सोच सकते हैं कि आप बस इसी तरह से समस्या के बारे में जा सकते हैं, और प्रत्येक दूरबीन से प्रकाश पर ध्यान केंद्रित करें जिस तरह से आप एकल-डिश दूरबीन के लिए करेंगे। प्रकाश अभी भी समानांतर किरणों में आ जाएगा; प्रत्येक प्राथमिक दर्पण अभी भी उस प्रकाश को एक बिंदु पर केंद्रित करेगा; प्रत्येक दूरबीन की प्रकाश किरणें उसी समय अंतिम बिंदु पर पहुंचती हैं; फिर वह सभी डेटा एकत्र और संग्रहीत किया जा सकता है।

आप ऐसा कर सकते हैं, बिल्कुल। लेकिन यह आपको केवल दो स्वतंत्र चित्र देगा। आप उन्हें जोड़ सकते हैं, लेकिन यह केवल डेटा को औसत करेगा। यह ऐसा होगा जैसे आपने दो अलग-अलग समय पर एक ही दूरबीन से अपने लक्ष्य का अवलोकन किया, और डेटा को एक साथ जोड़ा।

स्क्वायर किलोमीटर एरे, पूरा होने पर, हजारों रेडियो दूरबीनों की एक श्रृंखला से युक्त होगा, जो किसी भी वेधशाला की तुलना में ब्रह्मांड में वापस देखने में सक्षम है, जिसने किसी भी प्रकार के स्टार या आकाशगंगा को मापा है। (SKA परियोजना विकास कार्यालय और स्वंयसेवी प्रोडक्शंस के कार्यालय)

यह आपकी बड़ी समस्या के साथ मदद नहीं करता है, जो यह है कि आपको महत्वपूर्ण संवर्धित रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता है जो वीएलबीआई के साथ एक साथ जुड़े टेलीस्कोप के नेटवर्क का उपयोग करने के साथ आता है। जब आप वीएलबीआई तकनीक के साथ सफलतापूर्वक कई दूरबीनों को एक साथ जोड़ते हैं, तो यह आपको एक ऐसी छवि प्रदान कर सकता है, जिसमें एक साथ जोड़े गए टेलीस्कोप के अलग-अलग व्यंजनों की हल्की-फुल्की शक्ति होती है, लेकिन (स्पष्ट रूप से) दूरबीन व्यंजनों के बीच की दूरी के संकल्प के साथ।

इस तकनीक का उपयोग कई बार किया गया है, न केवल एक ब्लैक होल की इमेजिंग के लिए और न ही अकेले रेडियो टेलिस्कोप के साथ। वास्तव में, शायद VLBI का सबसे शानदार उदाहरण बड़े दूरबीन टेलीस्कोप द्वारा इस्तेमाल किया गया था, जिसमें दो 8-मीटर टेलीस्कोप हैं, जो एक ~ 23-मीटर टेलीस्कोप के संकल्प के साथ व्यवहार करते हुए एक साथ घुड़सवार होते हैं। नतीजतन, यह उन विशेषताओं को हल कर सकता है जो कोई भी 8-मीटर डिश नहीं कर सकता है, जैसे कि आयो पर ज्वालामुखियों का उन्मूलन करना, जबकि यह बृहस्पति के अन्य चंद्रमाओं में से एक ग्रहण का अनुभव करता है।

बृहस्पति के चंद्रमा, आईओ का उत्पीड़न, ज्वालामुखी लोकी और पेले के प्रस्फुटन के साथ, यूरोपा द्वारा उल्लिखित है, जो इस अवरक्त छवि में अदृश्य है। बड़े दूरबीन टेलीस्कोप इंटरफेरोमेट्री की तकनीक के कारण यह करने में सक्षम था। (LBTO)

इस प्रकार की शक्ति को अनलॉक करने की कुंजी यह है कि आपको समय के साथ-साथ अपनी टिप्पणियों को एक साथ रखने में सक्षम होना चाहिए। दूरबीनों पर आने वाले प्रकाश संकेतों को प्रकाश की गति से भिन्न दूरी के कारण थोड़ा अलग प्रकाश-यात्रा-काल के बाद आ रहा है, कि यह स्रोत वस्तु से अलग-अलग डिटेक्टरों / दूरबीनों तक यात्रा करने के लिए संकेत लेता है। पृथ्वी।

आपको दुनिया भर के विभिन्न टेलीस्कोप स्थानों पर संकेतों के आगमन का समय पता होना चाहिए ताकि उन्हें एक साथ एक ही छवि में संयोजित किया जा सके। केवल एक ही स्रोत को देखने के साथ मेल खाने वाले डेटा के संयोजन से हम अधिकतम रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकते हैं जो दूरबीन का एक नेटवर्क पेश करने में सक्षम है।

यह आरेख M87 के 2017 इवेंट क्षितिज टेलीस्कोप टिप्पणियों में उपयोग किए जाने वाले सभी दूरबीनों और टेलीस्कोप सरणियों के स्थान को दर्शाता है। केवल दक्षिणी ध्रुव टेलीस्कोप M87 की छवि बनाने में असमर्थ था, क्योंकि यह उस आकाशगंगा के केंद्र को देखने के लिए पृथ्वी के गलत हिस्से पर स्थित है। इन स्थानों में से हर एक उपकरण के अन्य टुकड़ों के बीच एक परमाणु घड़ी के साथ बुना हुआ है। (NRAO)

जिस तरह से हम ऐसा करते हैं, व्यावहारिक रूप से, परमाणु घड़ियों का उपयोग करके है। दुनिया भर के 8 स्थानों में से हर एक पर, जहाँ पर इवेंट होराइज़न टेलीस्कोप डेटा लेता है, एक परमाणु घड़ी है, जो हमें कुछ एटोसोकेड्स (10 ^ -18 s) की पूर्वताओं के लिए समय रखने में सक्षम बनाती है। दुनिया भर के विभिन्न स्टेशनों के बीच टिप्पणियों को सहसंबद्ध और समन्वयित करने के लिए विशेष कम्प्यूटेशनल उपकरण (हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर दोनों) स्थापित करने की आवश्यकता भी थी।

आपको एक ही आवृत्ति के साथ एक ही समय में एक ही वस्तु का निरीक्षण करना होगा, ठीक तरह से कैलिब्रेटेड टेलीस्कोप के साथ वायुमंडलीय शोर जैसी चीजों के लिए सही। यह एक श्रम-गहन कार्य है जिसमें अत्यधिक सटीकता की आवश्यकता होती है। लेकिन जब आप वहां पहुंचते हैं, तो भुगतान अचरज होता है।

एएलएमए द्वारा फोटो के रूप में युवा स्टार, एचएल तौरी के चारों ओर प्रोटोप्लेनेटरी डिस्क। डिस्क में अंतराल नए ग्रहों की उपस्थिति का संकेत देते हैं। यह प्रणाली पहले से ही सैकड़ों लाखों साल पुरानी है, और वहां के ग्रह अपने अंतिम चरण और कक्षाओं के निकट होने की संभावना है। यह संकल्प केवल ALMA द्वारा VLBI के उपयोग के कारण ही संभव है। (अल्मा (ESO / NAOJ / NRAO))

उपरोक्त चित्र ऐसा लग सकता है कि इसका ब्लैक होल से कोई लेना-देना नहीं है, लेकिन यह वास्तव में रेडियो टेलिस्कोप के सबसे शक्तिशाली एकल सरणी से सबसे प्रसिद्ध चित्रों में से एक है: ALMA। अल्मा अटाकामा लार्ज मिलिमीटर / सबमिलिमेट्रे एरे के लिए खड़ा है, और यह 66 स्वतंत्र रेडियो व्यंजनों से बना है, जिन्हें 16 मीटर तक सभी तरह से 150 मीटर के अलावा दूरी पर समायोजित किया जा सकता है।

प्रकाश-इकट्ठा करने की शक्ति केवल व्यक्तिगत व्यंजनों के क्षेत्र द्वारा निर्धारित की जाती है जो सभी को एक साथ जोड़ा जाता है; वह नहीं बदलता है। लेकिन यह जो संकल्प प्राप्त कर सकता है वह व्यंजनों के बीच की दूरी से निर्धारित होता है। यही कारण है कि यह केवल कुछ मिली-आर्क-सेकंड या 1 / 300,000 वें डिग्री के प्रस्तावों के नीचे रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर सकता है।

अटाकामा लार्ज मिलीमीटर / सबमिलिमीटर ऐरे (ALMA) पृथ्वी पर सबसे शक्तिशाली रेडियो दूरबीनों में से कुछ हैं। ये दूरबीन परमाणु, अणुओं, और आयनों के लंबे-तरंग दैर्ध्य हस्ताक्षरों को माप सकते हैं, जो हबल जैसी छोटी-तरंग दैर्ध्य दूरबीनों के लिए दुर्गम हैं, लेकिन प्रोटोप्लेनेटरी सिस्टमों के विवरणों को भी माप सकते हैं और, संभवतः, विदेशी संकेतों को भी जो अवरक्त दूरबीनों को नहीं देख सकते हैं। यह ईवेंट क्षितिज टेलीस्कोप के लिए सबसे महत्वपूर्ण अतिरिक्त था। (ईएसओ / सी। मालिन)

लेकिन ALMA जितना प्रभावशाली है, इवेंट होराइजन टेलीस्कोप और भी आगे जाता है। पृथ्वी के व्यास के करीब आने वाले स्टेशनों के बीच बेसलाइन के साथ - 10,000 किमी से अधिक - यह लगभग 15 माइक्रो-आर्क-सेकंड के रूप में छोटी वस्तुओं को हल कर सकता है। इस अविश्वसनीय सुधार ने आकाशगंगा M87 के केंद्र में ब्लैक होल की घटना क्षितिज (जो कि 42 माइक्रो-आर्क-सेकंड में) को इमेज करने में सक्षम है।

उस छवि को प्राप्त करने की कुंजी, और इन उच्च-रिज़ॉल्यूशन टिप्पणियों को सामान्य रूप से निष्पादित करने में, हर एक दूरबीन को उन टिप्पणियों के साथ सिंक करना है जो समय में बिल्कुल संयोग हैं। ऐसा करने के लिए वैचारिक रूप से सरल है, लेकिन इसे अभ्यास में लाने के लिए एक स्मारकीय नवाचार की आवश्यकता है।

वीएलबीआई में, एक केंद्रीय स्थान पर भेजे जाने से पहले प्रत्येक टेलीस्कोप में रेडियो सिग्नल रिकॉर्ड किए जाते हैं। प्रत्येक डेटा बिंदु जो प्राप्त किया जाता है, उस पर डेटा के साथ-साथ बेहद सटीक, उच्च-आवृत्ति वाले परमाणु घड़ी के साथ मुहर लगाई जाती है ताकि वैज्ञानिकों को टिप्पणियों के सिंक्रनाइज़ेशन को सही करने में मदद मिल सके। (सार्वजनिक डोमेन / विकिपीडिया USER RNT20)

प्रमुख अग्रिम 1958 में आया था, जब वैज्ञानिक रोजर जेनिसन ने एक प्रसिद्ध पत्र लिखा था: फूरियर के मापन के लिए एक चरण संवेदनशील इंटरफेरोमीटर तकनीक, छोटे कोणीय सीमा के स्थानिक चमक वितरण के रूपांतरण। यह एक कौर जैसा लगता है, लेकिन यहां आप इसे सीधे-सादे अंदाज में कैसे समझ सकते हैं।

  1. कल्पना कीजिए कि आपके पास तीन एंटीना (या रेडियो टेलीस्कोप) हैं, जो सभी को एक साथ जोड़ते हैं, और विशेष दूरी से अलग होते हैं।
  2. ये एंटीना दूर के स्रोत से संकेत प्राप्त करेंगे, जहां विभिन्न संकेतों के सापेक्ष आगमन समय की गणना की जा सकती है।
  3. जब आप विभिन्न संकेतों को एक साथ मिलाते हैं, तो वे वास्तविक प्रभावों के कारण और त्रुटियों के कारण, एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेंगे।
  4. जेनिसन ने क्या बीड़ा उठाया - और जो आज भी स्व-अंशांकन के रूप में उपयोग किया जाता है - वह वास्तविक प्रभावों को ठीक से संयोजित करने और त्रुटियों को अनदेखा करने की तकनीक थी।

यह आज एपर्चर संश्लेषण के रूप में जाना जाता है, और मूल सिद्धांत 60 से अधिक वर्षों तक एक ही रहा है।

2017 के अप्रैल में, सभी 8 दूरबीन / दूरबीन सरणियों के साथ जुड़े हुए घटना क्षितिज टेलीस्कोप ने मेसियर 87 में बताया। यह एक सुपरमेसिव ब्लैक होल जैसा दिखता है, जहां घटना क्षितिज स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। वीएलबीआई के माध्यम से ही हम इस तरह की छवि बनाने के लिए आवश्यक संकल्प हासिल कर सकते हैं। (ईवेंट होरिज़ोन टेलीस्कोप संकलन एट अल।)

इस तकनीक के बारे में शानदार बात यह है कि इसे वस्तुतः किसी भी तरंग दैर्ध्य रेंज पर लागू किया जा सकता है। अभी, इवेंट होरिजन टेलीस्कोप एक विशेष आवृत्ति की रेडियो तरंगों को मापता है, लेकिन यह सैद्धांतिक रूप से तीन और पांच बार उच्च के बीच की आवृत्ति पर काम कर सकता है। चूंकि आपकी दूरबीन का रिज़ॉल्यूशन इस बात पर निर्भर है कि आपके टेलीस्कोप के व्यास (या बेसलाइन) में कितनी तरंगें फिट हो सकती हैं, उच्च आवृत्तियों पर जाने से कम तरंग दैर्ध्य और उच्च रिज़ॉल्यूशन में अनुवाद होता है। हमें एक भी नई डिश बनाने की आवश्यकता के बिना पांच गुना प्रस्ताव मिल सकता है।

पहला ब्लैक होल कुछ दिनों पहले ही आया होगा, लेकिन हम पहले से ही भविष्य की ओर देख रहे हैं। पहली घटना क्षितिज वास्तव में सिर्फ शुरुआत है। इसके अलावा, किसी दिन इवेंट होराइजन टेलीस्कोप को दूर के ब्लेज़र और अन्य उज्ज्वल रेडियो स्रोतों की सुविधाओं को हल करने में सक्षम होना चाहिए, जिससे हम उन्हें पहले कभी नहीं समझ पाएंगे। VLBI की दुनिया में आपका स्वागत है, जहाँ अगर आप एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाला टेलीस्कोप चाहते हैं, तो आपको बस उन लोगों को स्थानांतरित करने की आवश्यकता है जिनके पास आप दूर हैं!

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एक बैंग के साथ शुरुआत अब फोर्ब्स पर है, और हमारे पैट्रोन समर्थकों के लिए मध्यम धन्यवाद पर पुनर्प्रकाशित है। एथन ने दो किताबें, बियॉन्ड द गैलेक्सी और ट्रेकनोलॉजी: द साइंस ऑफ स्टार ट्रेक टू ट्राइकॉर्डर्स से ताना ड्राइव तक लिखी हैं।