ریڈیو دوربین گہری خلاء سے سگنل کی شناخت کیسے کرتے ہیں

ریڈیو دوربین نظری دوربین جیسے نہیں دکھتے، لیکن وہ اسی بنیادی اصول پر کام کرتے ہیں: روشنی جمع کریں، اسے مرکوز کریں، اور اس کا تجزیہ کریں۔ فرق لہر کی لمبائی میں ہے۔ امریکی نیشنل ریڈیو ایسٹرونومی آبزرویٹری (NRAO) کے مطابق، ریڈیو دوربین تقریباً 1 ملی میٹر سے 10 میٹر تک کی لہریں دیکھتے ہیں، جو مرئی روشنی کے صرف سو نینو میٹر سے بہت زیادہ لمبی ہیں، یہی وجہ ہے کہ ان کے 'شیشے' شیشے کی بجائے دھاتی ڈشیں ہیں۔

کمزور آواز کو استعمال کے قابل ڈیٹا میں تبدیل کرنا

NRAO کہکشاں کی ریڈیو سگنلوں کو حیران کن حد تک کمزور بیان کرتا ہے، یہ نوٹ کرتے ہوئے کہ ایک سیل فون سگنل کی طاقت ان کمزور کائناتی ریڈیو لہروں سے تقریباً ایک ارب ارب گنا زیادہ ہے جو یہ دوربینیں شناخت کے لیے بنائی گئی ہیں۔ کچھ بھی مفید پکڑنے کے لیے، ریڈیو دوربین کو بڑے جمع کرنے کے رقبے اور حساس الیکٹرانکس کی ضرورت ہے۔

• ایک پیرابولک ڈش، جس کی خمیدہ شکل آنے والی ریڈیو لہروں کو اس کے اوپر ایک واحد فوکس پوائنٹ کی طرف منعکس کرتی ہے
• اس فوکس میں ایک فیڈ ہارن، ایک دھاتی کھری جو مطالعہ کی جا رہی لہر کی لمبائی کے لیے سائز کی ہو، جو لہروں کو وصول کار میں چینل کرتی ہے
• ایک وصول کار، اکثر بہت سردی میں، جو سگنل کا پتہ لگاتا ہے اور اسے تجزیے کے لیے آگے بھیجتا ہے
• ایک تقویت کار جو سگنل کو ریکارڈ کیے جانے سے پہلے بڑھاتا ہے

دوربین کو ایک ساتھ جوڑنا: تشریح پذیری

تاہم، ایک ڈش، چاہے کتنی بھی بڑی ہو، نظری دوربین جو تفصیل حاصل کر سکتی ہے اس سے مماثل نہیں ہو سکتی۔ NRAO وضاحت کرتا ہے کہ ریڈیو ماہر فلکیات تشریح پذیری کے ساتھ یہ حل کرتے ہیں: کئی انٹینا کو ایک ہی چیز پر اشارہ کرنا اور ایک سپرکمپیوٹر استعمال کرنا جسے کریلیٹر کہا جاتا ہے تاکہ ان کے سگنل یکجا کریں گویا وہ ایک بہت بڑی دوربین سے آئے ہوں۔ کیونکہ وہی کائناتی سگنل ہر انٹینا تک تھوڑا مختلف وقت پر پہنچتی ہے، نتیجہ میں آنے والے وقت کے فرق سے ماہرین فلکیات کی کوئی بھی واحد ڈش تنہا پکڑ سکتی ہے اس سے کہیں زیادہ تفصیل دوبارہ تشکیل دے سکتے ہیں۔ NRAO نوٹ کرتا ہے کہ کریلیٹرز فیمٹو سیکنڈ کی رفتار پر چل سکتے ہیں، فی سیکنڈ 16 کواڈریلیئن آپریشن تک کرتے ہیں، اور اس کا ویری لانگ بیسل لائن ارے انٹینا کو براعظموں میں پھیلاتا ہے، ہائڈروجن میزر ایٹمک کلاک سے ہم آہنگ شدہ جو سیکنڈ کے کچھ ارب حصوں تک درست ہے۔

ایک بلیک ہول کو زمین کے سائز کی دوربین سے عکاسی کریں

اس تکنیک کی واضح ترین نمائندگی ایونٹ ہورائزن ٹیلی سکوپ (EHT) ہے۔ NRAO کے مطابق، یہ دنیا میں پھیلے ہوئے آٹھ زمین پر مبنی ریڈیو دوربین کو جوڑتا ہے، جنہوں نے 2017 کی مہم کے دوران بہت طویل بیسل لائن تشریح پذیری کا استعمال کرتے ہوئے ایک ساتھ مشاہدہ کیا تاکہ وہ تقریباً زمین کے سائز کے ایک واحد ساز و سامان کی طرح کام کریں۔ ہر دوربین فی دن تقریباً 350 ٹیرا بائٹ ڈیٹا ریکارڈ کرتی ہے؛ ریکارڈنگیں بعد میں میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ فار ریڈیو ایسٹرونومی اور MIT ہے سٹیک آبزرویٹری میں سپیشلائزڈ کریلیٹرز کے پاس یکجا کیے جانے کے لیے اڑان بھری تھی۔

مقصد کہکشاں M87 کے مرکز میں ابھروتا بلیک ہول تھا۔ اس کا ایونٹ ہورائزن تقریباً 40 ارب کلومیٹر تک پھیلا ہوا ہے، پھر بھی زمین سے اس کے سائے کے ارد گرد روشن حلقہ تقریباً 40 مائکروآرک سیکنڈ تک ماپا گیا — ایک پیمانہ جو NRAO نے چاند کی سطح پر کریڈٹ کارڈ کی لمبائی کی پیمائش سے موازنہ کیا۔ یکجا ڈیٹا نے بلیک ہول کے سائے کی پہلی تصویر تیار کی۔

کائنات بھر سے سیکنڈ کے حصے میں چمکتے پکڑنا

ہر ریڈیو دوربین ایک ڈش پر منحصر نہیں ہے۔ CHIME، برطانیہ کولمبیا میں ڈومنین ریڈیو ایسٹرو فزیکل آبزرویٹری میں کینیڈین ہائڈروجن شدت میپنگ تجربہ، چار مقررہ، نیم پائپ کی شکل والے بیلناکار عکاس استعمال کرتا ہے کوئی حرکی حصے نہیں، MIT طبیعیات کے مطابق۔ ہارڈ ویئر کو سٹیر کرنے کی بجائے، اس کا کریلیٹر تقریباً 7 ٹیرا بٹس ڈیٹا فی سیکنڈ پروسیس کرتا ہے تاکہ آسمان کے ہزاروں سمتوں سے بیک وقت آنے والے سگنل کو ڈیجیٹلی دوبارہ تشکیل دے۔

وہ ڈیزائن CHIME کو تیز رفتار ریڈیو دھماکے (FRBs) پکڑنے میں بہت موثر بناتا ہے، خلاء سے گہری میلی سیکنڈ کے طویل ریڈیو توانائی کے چمکتے۔ اپنی پہلی کارروائی کے سال، 2018–2019 میں، CHIME نے 535 نئے FRBs کا پتہ لگایا، جو دنیا بھر میں اس وقت تک معلوم تقریباً 140 دھماکوں سے تقریباً چار گنا بڑھا دیا، MIT طبیعیات نے رپورٹ کیا۔ اس کٹائی میں 18 ذرائع تھے جو بار بار پھٹے، ایک نمونہ جو بتاتا ہے کہ دوبارہ اور ایک بار کے FRBs مختلف ایسٹروفزیکل میکانزم سے سامنے آ سکتے ہیں۔

دنیا کی سب سے بڑی ڈش، اور آگے کیا ہے

چین کا پانچ سو میٹر بند کریڈٹ کریڈیٹ دراز ریڈیو دوربین (FAST)، گوئیژو صوبے میں ایک فطری وادی میں بنایا گیا، تقریباً 4,400 قابل ترتیب الومنیم پینلوں سے بنی 500 میٹر ڈش ہے، جس سے کسی بھی وقت تقریباً 300 میٹر کا مؤثر بند ہے، EarthSky کے مطابق۔ یہ 10 سنٹی میٹر سے 4.3 میٹر تک کی لہریں دیکھتے ہیں اور تقریباً دو بار جمع کرنے کا رقبہ رکھتے ہیں 305 میٹر ارسیبو ڈش جو اس سے بڑے سائز میں تجاوز کیا۔ FAST جنوری 2020 میں مکمل طور پر کارکردہ ہوا اور اگست 2021 میں بین الاقوامی محققین کو اپنی مشاہدہ کی توقت کا تقریباً 10 فیصد مختص کرنا شروع کیا۔

اس حساسیت نے پل سارز کی ریکارڈ کٹائی میں ترجمہ کیا—تیز رفتار نیوٹران ستارے جو ریڈیو لہروں کے شہتیر زمین کے پاس جھاڑو دیتے ہیں روشن گھر کی طرح۔ اکتوبر 2025 تک، FAST نے 1,152 پل سارز کی شناخت کی تھی، جو اسی مدت میں دنیا بھر کی دوسری دوربین سے ملا کر پایا گیا مجموعہ سے زیادہ، چینی سرکاری نشریات CGTN نے رپورٹ کیا۔

سائز میں اگلا چھلانگ پہلے سے تعمیر میں ہے۔ SKA آبزرویٹری اپنی منصوبے کے اپنی تفصیل کے مطابق، دو تکمیلی حتمیں تعمیر کر رہی ہے: مغربی آسٹریلیا میں SKA-Low، 131,072 انٹینا 74 کلومیٹر کے زیادہ سے زیادہ بیسل لائن پر پھیلے ہوئے، اور جنوبی افریقہ میں SKA-Mid، 197 ڈش انٹینا 150 کلومیٹر کے زیادہ سے زیادہ بیسل لائن پر امتداد۔ دونوں سائٹ یکجا طور پر ماہرین فلکیات کو کہکشاں کی ساخت، بلیک ہول کے ماحول، اور موجودہ آلات کے مقابلے میں زیادہ تفصیل میں کشش ثقل کی لہریں کا مطالعہ کرنے کی اجازت دینے کے لیے مقصد ہے۔