रेडियो दूरबीन गहरे अंतरिक्ष से संकेत कैसे प्राप्त करती हैं

रेडियो दूरबीन प्रकाशीय दूरबीन की तरह नहीं दिखती हैं, लेकिन वे एक ही बुनियादी सिद्धांत पर काम करती हैं: प्रकाश एकत्र करें, इसे केंद्रीभूत करें, और इसका विश्लेषण करें। अंतर तरंग दैर्ध्य में है। अमेरिकी राष्ट्रीय रेडियो खगोल विज्ञान वेधशाला (NRAO) के अनुसार, रेडियो दूरबीन लगभग 1 मिलीमीटर से 10 मीटर तक की तरंगें देखती हैं, जो दृश्यमान प्रकाश के केवल सैकड़ों नैनोमीटर से बहुत अधिक लंबी हैं, यही कारण है कि उनके 'लेंस' कांच की बजाय धातु की डिशें हैं।

एक कमजोर फुसफुसाहट को उपयोगी डेटा में बदलना

NRAO ब्रह्मांडीय रेडियो संकेतों को आश्चर्यजनक रूप से कमजोर बताती है, यह ध्यान दिलाते हुए कि एक मोबाइल फोन संकेत की शक्ति उन कमजोर ब्रह्मांडीय रेडियो तरंगों से लगभग एक अरब अरब गुना अधिक है जिन्हें ये दूरबीनें खोजने के लिए बनाई गई हैं। कुछ भी उपयोगी पकड़ने के लिए, रेडियो दूरबीन को एक बड़े संग्रह क्षेत्र और संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है।

• एक परवलयिक डिश, जिसकी घुमावदार आकृति आने वाली रेडियो तरंगों को इसके ऊपर एक एकल फोकस बिंदु पर परावर्तित करती है
• उस फोकस पर एक फीड हॉर्न, एक धातु की फनल जो अध्ययन की जा रही तरंग दैर्ध्य के अनुसार आकार दी गई हो, जो तरंगों को रिसीवर में चैनल करती है
• एक रिसीवर, अक्सर बेहद ठंडा, जो संकेत का पता लगाता है और इसे आगे भेजता है
• एक एम्पलीफायर जो इसे रिकॉर्ड किए जाने से पहले संकेत को बढ़ाता है

दूरबीनों को एक साथ जोड़ना: इंटरफेरोमेट्री

हालांकि, एक ही डिश, चाहे कितनी भी बड़ी हो, प्रकाशीय दूरबीन प्राप्त कर सकने वाले सूक्ष्म विवरण से मेल नहीं खा सकती। NRAO बताती है कि रेडियो खगोलविद इंटरफेरोमेट्री से यह हल करते हैं: कई एंटीना को एक ही वस्तु की ओर इशारा करते हैं और एक सुपरकंप्यूटर का उपयोग करते हैं जिसे कोरेलेटर कहा जाता है ताकि उनके संकेतों को संयोजित करें जैसे कि वे एक विशाल दूरबीन से आए हों। क्योंकि एक ही ब्रह्मांडीय संकेत प्रत्येक एंटीना पर थोड़े अलग समय पर पहुंचता है, परिणामी समय अंतर खगोलविदों को किसी एक डिश से बहुत अधिक विवरण पुनर्निर्माण करने देता है। NRAO नोट करती है कि कोरेलेटर femtosecond गति पर चल सकते हैं, प्रति सेकंड 16 quadrillion संचालन तक प्रदर्शन करते हैं, और इसका बहुत लंबी बेसलाइन सरणी एंटीना को महाद्वीपों में फैलाता है, हाइड्रोजन मेजर परमाणु घड़ियों द्वारा सिंक्रनाइज़ किया जाता है जो सेकंड के कुछ अरबवें तक सटीक होते हैं।

पृथ्वी के आकार की दूरबीन के साथ एक ब्लैक होल की इमेजिंग

इस तकनीक का सबसे स्पष्ट प्रदर्शन इवेंट होराइजन टेलीस्कोप (EHT) है। NRAO के अनुसार, यह दुनिया भर में फैली आठ जमीन आधारित रेडियो दूरबीनों को जोड़ता है, जिन्होंने 2017 के अभियान के दौरान बहुत लंबी बेसलाइन इंटरफेरोमेट्री का उपयोग करते हुए एक साथ अवलोकन किया ताकि वे पृथ्वी के आकार का एक एकल उपकरण की तरह कार्य करें। प्रत्येक दूरबीन प्रति दिन लगभग 350 टेराबाइट डेटा रिकॉर्ड करती है; रिकॉर्डिंग बाद में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर रेडियो एस्ट्रोनॉमी और MIT हेस्टैक ऑब्जर्वेटरी में विशेष कोरेलेटर के पास संयोजित किए जाने के लिए उड़ाई गई थीं।

लक्ष्य आकाशगंगा M87 के केंद्र में सुपरमैसिव ब्लैक होल था। इसका घटना क्षितिज लगभग 40 अरब किलोमीटर तक फैलता है, फिर भी पृथ्वी से इसकी छाया के चारों ओर परिणामी चमकदार वलय लगभग 40 माइक्रोआर्कसेकंड तक मापा गया — एक पैमाना जो NRAO ने चंद्रमा की सतह पर क्रेडिट कार्ड की लंबाई को मापने से तुलना किया। संयोजित डेटा ने ब्लैक होल की छाया की पहली-कभी तस्वीर बनाई।

ब्रह्मांड भर से विभाजन-सेकंड फ्लैश पकड़ना

प्रत्येक रेडियो दूरबीन बिल्कुल भी डिश पर निर्भर नहीं करती। CHIME, ब्रिटिश कोलंबिया में डोमिनियन रेडियो खगोल भौतिकी वेधशाला में कनाडाई हाइड्रोजन तीव्रता मानचित्रण प्रयोग, चार निश्चित, अर्ध-पाइप आकार की बेलनाकार परावर्तक का उपयोग करता है, MIT भौतिकी के अनुसार कोई गतिशील भाग नहीं। हार्डवेयर को स्टीयर करने की जगह, इसका कोरेलेटर लगभग 7 टेराबिट्स डेटा प्रति सेकंड को संसाधित करता है ताकि आकाश में हजारों दिशाओं से एक साथ आने वाले संकेतों को डिजिटल रूप से पुनर्निर्माण किया जा सके।

वह डिज़ाइन CHIME को तेज रेडियो फटन (FRBs) पकड़ने में असाधारण प्रभावी बनाता है, गहरे अंतरिक्ष से मिलीसेकंड-लंबी रेडियो ऊर्जा की फ्लैश। अपने संचालन के पहले वर्ष, 2018–2019 में, CHIME ने 535 नई FRBs की खोज की, दुनिया भर में उस समय तक ज्ञात लगभग 140 फटन को लगभग चौगुना कर दिया, MIT भौतिकी ने रिपोर्ट किया। कटाई में 18 स्रोत शामिल थे जो बार-बार फटते थे, एक पैटर्न जो सुझाता है कि दोहराव और एकबारी FRBs विभिन्न खगोल भौतिकीय तंत्र से हो सकते हैं।

दुनिया की सबसे बड़ी डिश, और आगे क्या है

चीन की पाँच-सौ-मीटर एपर्चर गोलाकार रेडियो दूरबीन (FAST), गुइझोऊ प्रांत में एक प्राकृतिक घाटी में निर्मित, लगभग 4,400 समायोज्य एल्यूमिनियम पैनलों से बनी 500 मीटर डिश है, जो किसी भी दिए गए समय में लगभग 300 मीटर की प्रभावी एपर्चर देती है, EarthSky के अनुसार। यह 10 सेंटीमीटर से 4.3 मीटर तक की तरंग दैर्ध्य देखता है और लगभग दोगुना संग्रह क्षेत्र रखता है जो 305 मीटर अरेसिबो डिश को पार करता है। FAST जनवरी 2020 में पूरी तरह से परिचालन हो गई और अगस्त 2021 में अंतर्राष्ट्रीय शोधकर्ताओं को अपने अवलोकन समय का लगभग 10% आवंटित करना शुरू कर दिया।

यह संवेदनशीलता पल्सारों की रिकॉर्ड फसल में अनुवादित हुई है — तेजी से घूमने वाले न्यूट्रॉन तारे जो पृथ्वी के पास रेडियो तरंगों के बीम को एक प्रकाश स्तंभ की तरह झाड़ते हैं। अक्टूबर 2025 तक, FAST ने 1,152 पल्सार की पहचान की थी, जो उसी अवधि में दुनिया भर की अन्य दूरबीनों द्वारा संयुक्त कुल से अधिक, चीनी राज्य प्रसारक CGTN ने रिपोर्ट किया।

स्केल में अगली छलांग पहले से निर्माणाधीन है। SKA वेधशाला अपनी परियोजना के अपने विवरण के अनुसार दो पूरक सरणियों का निर्माण कर रही है: पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया में SKA-Low, 131,072 एंटीना 74 किलोमीटर की अधिकतम बेसलाइन में फैले हुए, और दक्षिण अफ्रीका में SKA-Mid, 197 डिश एंटीना 150 किलोमीटर की अधिकतम बेसलाइन में विस्तारित। दोनों स्थान खगोलविदों को आकाशगंगा संरचना, ब्लैक होल के आस-पास के वातावरण, और गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अध्ययन करने के लिए अधिक विस्तृत तरीके से करने के लिए अभिप्रायित हैं।