천문학 자들은 광학 망원경에 대해 이야기 할 때 종종 거울의 크기를 언급합니다. 거울이 클수록 하늘을 더 선명하게 볼 수 있기 때문입니다. 이것은 분해능으로 알려져 있으며 회절로 알려진 빛의 성질 때문입니다. 망원경의 개구부와 같은 개구부를 통해 빛이 통과하면 확산되거나 회절되는 경향이 있습니다. 개구부가 작을수록 빛이 더 많이 퍼져 이미지가 더 흐려집니다. 이것이 큰 망원경이 작은 망원경보다 더 선명한 이미지를 캡처 할 수있는 이유입니다.
회절은 망원경의 크기뿐만 아니라 관찰하는 빛의 파장에도 의존합니다. 파장이 길수록 주어진 개구부 크기에 대해 더 많은 광 회절이 발생합니다. 가시광의 파장은 길이가 백만 분의 1 미터 미만인 매우 작습니다. 그러나 전파의 파장은 1000 배 더 길다. 광학 망원경의 이미지만큼 선명한 이미지를 캡처하려면 광학 망원경보다 1000 배 큰 무선 망원경이 필요합니다. 다행히도 간섭계 (interferometry)라는 기술 덕분에 전파 망원경을 크게 만들 수 있습니다.
고해상도 라디오 망원경을 만들기 위해 단순히 거대한 라디오 접시를 만들 수는 없습니다. 가로 10km 이상의 접시가 필요합니다. 가장 큰 라디오 접시 인 중국의 FAST 망원경도 500 미터에 불과합니다. 따라서 하나의 큰 접시를 만드는 대신 수십 또는 수백 개의 작은 접시를 만들어 함께 사용할 수 있습니다. 그것은 전체가 아닌 큰 거울의 일부만을 사용하는 것과 같습니다. 광학 망원경으로이 작업을 수행하면 이미지가 밝지는 않지만 거의 선명합니다.
그러나 많은 작은 안테나 접시를 만드는 것만 큼 간단하지 않습니다. 하나의 망원경으로, 멀리있는 물체의 빛이 망원경으로 들어가 거울이나 렌즈에 의해 탐지기에 집중됩니다. 물체를 동시에 떠난 빛이 동시에 감지기에 도달하므로 이미지가 동기화됩니다. 각각 자체 검출기가있는 다양한 라디오 디시가있는 경우 물체의 빛이 다른 안테나 감지기보다 더 빨리 일부 안테나 감지기에 도달합니다. 모든 데이터를 결합하면 혼란 스러울 수 있습니다. 이것은 간섭계가 들어오는 곳입니다.
어레이의 각 안테나는 동일한 물체를 관찰하며, 관찰 할 때마다 관측 시간을 매우 정확하게 표시합니다. 이렇게하면 각각 고유 한 타임 스탬프가있는 수십 또는 수백 개의 데이터 스트림이 있습니다. 타임 스탬프에서 모든 데이터를 다시 동기화 할 수 있습니다. 접시 A가 접시 A 이후에 2 마이크로 초를 얻는다는 것을 알고 있다면, 신호 B가 2 마이크로 초 앞으로 이동하여 동기화되어야한다는 것을 알 수 있습니다.
이것에 대한 수학은 정말 복잡해집니다. 간섭계가 작동하려면 각 안테나 접시 쌍의 시간 차이를 알아야합니다. 15 쌍인 5 가지 요리 그러나 VLA에는 27 개의 활성 요리 또는 351 개의 페어가 있습니다. ALMA는 2,145 쌍을 만드는 66 가지 요리를 제공합니다. 뿐만 아니라 지구가 회전함에 따라 물체의 방향이 안테나 접시를 기준으로 이동하므로 관찰 할 때 신호 사이의 시간이 변경됩니다. 신호를 상관 시키려면 모든 것을 추적해야합니다. 이것은 상관기 (correlator)라고 알려진 특수한 슈퍼 컴퓨터로 수행됩니다. 이 하나의 계산을 수행하도록 특별히 설계되었습니다. 수십 개의 안테나 접시가 단일 망원경으로 작동하게하는 것은 상관기입니다.
무선 간섭계를 개선하고 개선하는 데 수십 년이 걸렸지 만 무선 천문학의 일반적인 도구가되었습니다. 1980 년 VLA 취임에서 2013 년 첫 ALMA에 이르기까지 간섭계는 매우 높은 해상도의 이미지를 제공했습니다. 이 기술은 현재 전 세계 망원경을 연결하는 데 사용할 수있을 정도로 강력합니다.
2009 년 전 세계의 무선 관측소는 야심 찬 프로젝트에 협력하기로 합의했습니다. 그들은 간섭계를 사용하여 망원경을 결합하여 행성만큼 큰 가상 망원경을 만들었습니다. 그것은 이벤트 호라이즌 망원경 (Event Horizon Telescope)으로 알려져 있으며, 2019 년에 블랙홀의 첫 이미지를 주었다.
팀워크와 간섭계를 통해 우주에서 가장 신비하고 극단적 인 물체 중 하나를 연구 할 수 있습니다.
