این تراشه کوچک، تلسکوپ‌ها را برای مشاهده دقیق‌تر جهان به یکدیگر متصل می‌کند

تراشه کوچکی که پژوهشگران دانشگاه هریوت-وات ساخته‌اند، توانسته دو تلسکوپ را به یکدیگر متصل کند تا مانند یک ابزار قدرتمند واحد فعالیت کنند. این دستاورد گام مهمی در مسیر توسعه نسل جدید فناوری‌های نجومی به شمار می‌رود.

آرایه چارا یکی از مراکز پیشرو جهان در زمینه نجوم با وضوح بالا محسوب می‌شود و از شش تلسکوپ تشکیل شده که قابلیت اتصال به یکدیگر را دارند. این مجموعه برای بررسی اجرام آسمانی با جزئیاتی فوق‌العاده به کار می‌رود. دستیابی به چنین دقتی مستلزم ترکیب بسیار دقیق نور جمع‌آوری‌شده توسط هر تلسکوپ است.

این تراشه فوتونیکی با هدایت نور از طریق کانال‌های باریک شیشه‌ای، عملکردی مشابه مدارهای مجتمع در هدایت الکترون‌ها دارد. فناوری مذکور برای نخستین بار در رصدهای واقعی آسمان در آرایه چارا در کالیفرنیا مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد این تراشه که به‌اندازه‌ای کوچک است که در کف دست جای می‌گیرد، می‌تواند وظیفه‌ای را انجام دهد که پیش‌تر به سامانه‌های نوری بسیار بزرگ و پیچیده نیاز داشت.

این دستاورد می‌تواند طراحی ابزارهای نجومی آینده را متحول کند و امکان ساخت تجهیزاتی کوچک‌تر، مقاوم‌تر و آسان‌تر برای ارتقا را فراهم آورد؛ تجهیزاتی که همچنان دقت لازم برای مطالعه ستارگان دوردست و منظومه‌های سیاره‌ای را حفظ می‌کنند.

نتایج این پژوهش در نشریه ماهانه انجمن سلطنتی اخترشناسی منتشر شده است.

پژوهشگران معتقدند این فناوری در آینده می‌تواند به تحقق برخی از بلندپروازانه‌ترین اهداف علم نجوم کمک کند؛ از جمله بررسی چگونگی شکل‌گیری و تکامل منظومه‌های سیاره‌ای و همچنین شناسایی مستقیم سیارات فراخورشیدی و مطالعه ویژگی‌های آن‌ها.

تلاش ۱۵ ساله سرانجام به آسمان رسید

این پروژه بین‌المللی با همکاری پژوهشگرانی از بریتانیا، شامل دانشگاه هریوت-وات، آلمان، شامل دانشگاه‌های کلن و پوتسدام، و ایالات متحده، شامل آرایه چارا وابسته به دانشگاه ایالتی جورجیا، به نتیجه رسید.

تراشه فوتونیکی اصلی این ابزار در مؤسسه فوتونیک و علوم کوانتومی دانشگاه هریوت-وات، تحت هدایت پروفسور رابرت تامسون و دکتر اورلین بنوا طراحی و ساخته شد. اعضای این گروه همچنین نقش مهمی در برنامه‌های رصدی و آزمایش عملکرد فناوری روی مجموعه تلسکوپ‌ها داشتند.

رابرت تامسون گفت

این دستاورد نقطه عطف مهمی برای برنامه پژوهشی ما محسوب می‌شود که بیش از ۱۵ سال پیش آغاز شد. اخترشناسان می‌توانند با ترکیب هم‌زمان مشاهدات چند تلسکوپ، تصاویر بسیار دقیق‌تری از جهان به دست آورند. این روش باعث می‌شود تلسکوپ‌ها به‌گونه‌ای با یکدیگر همکاری کنند که گویی همگی بخشی از یک تلسکوپ بسیار بزرگ هستند.

در روش‌های سنتی، ترکیب نور چند تلسکوپ به ابزارهایی حجیم و مجموعه‌های پیچیده‌ای از آینه‌ها و عدسی‌ها نیاز دارد. ما نشان داده‌ایم که بخش بزرگی از این فرایند را می‌توان با یک تراشه شیشه‌ای به ابعاد تنها چند سانتی‌متر انجام داد.

مشاهده پیشرفت این فناوری از مراحل تحقیقات بنیادی و آزمایش‌های اولیه آزمایشگاهی تا عملکرد موفق در یکی از مراکز برجسته نجومی جهان، نتیجه‌ای بسیار ارزشمند محسوب می‌شود و قدرت همکاری‌های بین‌المللی را به نمایش می‌گذارد.

تراشه فوتونیکی دانشگاه هریوت-وات وظیفه ترکیب نور دریافتی از تلسکوپ‌ها را بر عهده دارد. کانال‌های بسیار ظریف این تراشه با استفاده از فناوری حکاکی لیزری فوق‌سریع، مستقیماً درون نوعی شیشه نوآورانه ایجاد شده‌اند. این ماده امکان دسترسی به محدوده طیفی جدیدی را فراهم می‌کند که پیش‌تر برای این روش ساخت به کار گرفته نشده بود. کانال‌ها نور ورودی را با یکدیگر ترکیب می‌کنند تا تلسکوپ‌های مجزا بتوانند مانند یک تلسکوپ واحد فعالیت کنند.

این تراشه در قلب ابزاری به نام چارایوت قرار گرفته که با هدف آزمایش فناوری‌های فوتونیکی جدید طراحی شده است. در برنامه‌های رصدی سال‌های ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵، این ابزار با موفقیت نور تلسکوپ‌های آرایه چارا را ترکیب کرد و سیگنال‌های دریافتی از مجموعه‌ای از ستارگان را ثبت کرد. این آزمایش‌ها دقت موردنیاز برای تحقیقات پیشرفته نجومی را به اثبات رساندند. همچنین چارایوت توانست سیگنال ستارگانی کم‌نورتر از اجرامی را شناسایی کند که سامانه قبلی قادر به ثبت آن‌ها بود.

اورلین بنوا از مؤسسه فوتونیک و علوم کوانتومی دانشگاه هریوت-وات گفت

مشاهده دستگاهی که ایده‌پردازی، طراحی، ساخت و آزمایش آن را در آزمایشگاه انجام داده‌ایم و اکنون در یکی از تداخل‌سنج‌های نجومی برجسته جهان برای جمع‌آوری و تحلیل مؤثر نور ستارگان واقعی به کار گرفته شده، تجربه‌ای واقعاً ویژه است.

مهم‌ترین مزیت روش ما، امکان ادغام عملکردهای نوری پیچیده در یک تراشه شیشه‌ای بسیار کوچک و پایدار است. ترکیب این ویژگی با انعطاف‌پذیری چارایوت، بستری قدرتمند در اختیار ما قرار می‌دهد تا فناوری‌های فوتونیکی پیشرفته‌تر را با سرعت بیشتری آزمایش و اعتبارسنجی کنیم.

دکتر آلینه دینکلاکر، نویسنده اصلی پژوهش از مؤسسه اخترفیزیک لایبنیتس پوتسدام، گفت

اثبات عملکرد این فناوری در شرایط واقعی رصد، گامی مهم رو به جلو محسوب می‌شود. نخستین مشاهدات نشان می‌دهند که فناوری‌های فوتونیکی توانایی ارائه عملکرد موردنیاز برای تحقیقات پیشرفته نجومی را دارند.

با توسعه بیشتر این فناوری، اخترشناسان می‌توانند منظومه‌های سیاره‌ای اطراف ستارگان دیگر را با جزئیات بیشتری بررسی کنند و به تحقق برخی از بلندپروازانه‌ترین اهداف اخترشناسی مدرن نزدیک‌تر شوند.

یکی از مهم‌ترین مزایای چارایوت، انعطاف‌پذیری بالای آن محسوب می‌شود. تراشه‌های فوتونیکی مختلف را می‌توان تنها طی چند ساعت از دستگاه خارج و با نمونه‌های دیگر جایگزین کرد. این قابلیت به پژوهشگران اجازه می‌دهد طرح‌های بهبودیافته را با سرعت و بازده بیشتری آزمایش کنند.

این پروژه بخشی از حوزه رو‌به‌رشد اخترفوتونیک به شمار می‌رود؛ شاخه‌ای علمی که با استفاده از فناوری‌های پیشرفته مبتنی بر نور، برای حل برخی از پیچیده‌ترین چالش‌های علم نجوم تلاش می‌کند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.