این تراشه کوچک تلسکوپ ها را به هم متصل می کند تا جهان را دقیق تر ببیند

آرایه چارا یکی از مراکز پیشرو جهان در زمینه نجوم با وضوح بالا محسوب می شود و از شش تلسکوپ تشکیل شده است که می توانند به یکدیگر متصل شوند. از این مجموعه برای بررسی اجرام آسمانی با جزئیات زیاد استفاده می شود. دستیابی به چنین دقتی مستلزم ترکیب بسیار دقیق نور جمع آوری شده توسط هر تلسکوپ است.

با هدایت نور از طریق کانال های شیشه ای باریک، این تراشه فوتونی عملکردی مشابه مدارهای مجتمع در هدایت الکترون ها دارد. این فناوری برای اولین بار در رصد واقعی آسمان در آرایه Chara در کالیفرنیا استفاده شد. نتایج نشان داد که این تراشه که به اندازه کافی کوچک است که در کف دست شما قرار می گیرد، می تواند کاری را انجام دهد که قبلاً به سیستم های نوری بسیار بزرگ و پیچیده نیاز داشت.

این دستاورد می تواند طراحی ابزارهای نجومی آینده را متحول کند و امکان ساخت تجهیزات کوچکتر، مقاوم تر و آسان تر برای ارتقا را فراهم کند. تجهیزاتی که هنوز دقت لازم برای مطالعه ستارگان دوردست و منظومه های سیاره ای را حفظ می کند.

نتایج این تحقیق در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر شده است.

محققان معتقدند که این فناوری می تواند به تحقق بخشی از بلندپروازانه ترین اهداف نجوم در آینده کمک کند. از جمله بررسی چگونگی شکل گیری و تکامل منظومه های سیاره ای و همچنین شناسایی مستقیم سیارات فراخورشیدی و مطالعه ویژگی های آنها.

15 سال تلاش بالاخره به آسمان رسید

این پروژه بین المللی حاصل همکاری محققانی از بریتانیای کبیر، از جمله دانشگاه هریوت وات، آلمان، از جمله دانشگاه های کلن و پوتسدام، و ایالات متحده، از جمله Chara Array وابسته به دانشگاه ایالتی جورجیا است.

تراشه اصلی فوتونیک این ابزار در موسسه فوتونیک و علوم کوانتومی دانشگاه هریوت وات و با راهنمایی پروفسور رابرت تامسون و دکتر اورلین بنویت طراحی و ساخته شد. اعضای این گروه همچنین نقش مهمی در رصد برنامه ها و آزمایش عملکرد فناوری روی آرایه تلسکوپ ایفا کردند.

رابرت تامسون گفت:

این دستاورد یک نقطه عطف مهم برای برنامه تحقیقاتی ما است که بیش از 15 سال پیش آغاز شده است. با ترکیب مشاهدات از چندین تلسکوپ به طور همزمان، ستاره شناسان می توانند تصاویر بسیار دقیق تری از کیهان به دست آورند. این روش باعث می‌شود که تلسکوپ‌ها طوری با هم کار کنند که انگار همه آنها بخشی از یک تلسکوپ بسیار بزرگ هستند.

در روش های سنتی، ترکیب نور از تلسکوپ های متعدد به ابزارهای حجیم و آرایه های پیچیده ای از آینه ها و عدسی ها نیاز دارد. ما نشان دادیم که بخش بزرگی از این فرآیند را می توان با یک تراشه شیشه ای به اندازه چند سانتی متر انجام داد.

مشاهده پیشرفت این فناوری از مراحل تحقیقات اولیه و آزمایشات اولیه آزمایشگاهی تا عملکرد موفقیت آمیز در یکی از مراکز پیشرو نجومی جهان، نتیجه بسیار ارزشمندی تلقی می شود و قدرت همکاری بین المللی را نشان می دهد.

تراشه فوتونیک دانشگاه هریوت وات وظیفه ترکیب نور دریافتی از تلسکوپ ها را بر عهده دارد. کانال های بسیار ریز تراشه با استفاده از فناوری حکاکی لیزری فوق سریع، مستقیماً در یک نوع شیشه ای خلاقانه ایجاد می شوند. این ماده دسترسی به محدوده طیفی جدیدی را فراهم می کند که قبلاً برای این روش تولید استفاده نشده بود. کانال ها نور ورودی را ترکیب می کنند تا تلسکوپ های جداگانه بتوانند به عنوان یک تلسکوپ واحد عمل کنند.

این تراشه در قلب ابزاری به نام Charayot قرار دارد که با هدف آزمایش فناوری های جدید فوتونیک طراحی شده است. در برنامه‌های رصد سال‌های 2024 و 2025، این ابزار با موفقیت نور حاصل از تلسکوپ‌های آرایه‌ای چارا را ترکیب کرد و سیگنال‌های یک صورت فلکی از ستارگان را ثبت کرد. این آزمایش ها دقت مورد نیاز برای تحقیقات نجومی پیشرفته را ثابت کردند. همچنین، چارایوت توانست سیگنال ستاره‌ها را ضعیف‌تر از اجرامی که سیستم قبلی می‌توانست ثبت کند، تشخیص دهد.

Aurelien Benoit از موسسه فوتونیک و علوم کوانتومی دانشگاه هریوت وات گفت:

دیدن دستگاهی که مفهوم سازی، طراحی، ساخت و آزمایش آن را در آزمایشگاه انجام داده ایم، اکنون در یکی از تداخل سنج های نجومی پیشرو جهان برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل موثر نور ستارگان واقعی، یک تجربه واقعاً خاص است.

مهمترین مزیت روش ما امکان ادغام توابع نوری پیچیده در یک تراشه شیشه ای بسیار کوچک و پایدار است. ترکیب این ویژگی با انعطاف‌پذیری Chariot، یک پلتفرم قدرتمند برای آزمایش و اعتبارسنجی سریع فناوری‌های فوتونیک پیشرفته‌تر در اختیار ما قرار می‌دهد.

دکتر آلین دینکلاکر، نویسنده اصلی این مطالعه از موسسه لایبنیتس برای اخترفیزیک پوتسدام، گفت:

اثبات عملکرد این فناوری در شرایط رصد واقعی گام مهمی به جلو است. اولین مشاهدات نشان می دهد که فناوری های فوتونیکی توانایی ارائه عملکرد مورد نیاز برای تحقیقات نجومی پیشرفته را دارند.

با توسعه بیشتر این فناوری، اخترشناسان قادر خواهند بود سامانه‌های سیاره‌ای اطراف ستاره‌های دیگر را با جزئیات بیشتری مطالعه کنند و به تحقق برخی از بلندپروازانه‌ترین اهداف نجوم مدرن نزدیک‌تر شوند.

یکی از مهمترین مزیت های چارایوت انعطاف پذیری بالای آن است. تراشه های فوتونیکی مختلف را می توان از دستگاه جدا کرد و با نمونه های دیگر تنها در چند ساعت جایگزین کرد. این قابلیت به محققان اجازه می دهد تا طرح های بهبود یافته را سریعتر و کارآمدتر آزمایش کنند.

این پروژه بخشی از زمینه رو به رشد اختر فوتونیک است. شاخه ای از علم که از فناوری های پیشرفته مبتنی بر نور برای حل برخی از پیچیده ترین چالش های نجوم استفاده می کند.