Quando gli astronomi parlano di un telescopio ottico, spesso menzionano le dimensioni del suo specchio. Questo perché più grande è il tuo specchio, più nitida può essere la tua visione del cielo. È noto come potere risolutivo ed è dovuto a una proprietà della luce nota come diffrazione. Quando la luce attraversa un'apertura, come l'apertura del telescopio, tende a diffondersi o diffrarsi. Più piccola è l'apertura, più la luce si diffonde rendendo l'immagine più sfocata. Ecco perché i telescopi più grandi possono catturare un'immagine più nitida di quelli più piccoli.
La diffrazione non dipende solo dalle dimensioni del telescopio, ma dipende anche dalla lunghezza d'onda della luce che si osserva. Maggiore è la lunghezza d'onda, maggiore è la luce che si diffonde per una data dimensione di apertura. La lunghezza d'onda della luce visibile è molto piccola, lunga meno di un milionesimo di metro. Ma la luce radio ha una lunghezza d'onda che è mille volte più lunga. Se vuoi catturare immagini nitide come quelle dei telescopi ottici, hai bisogno di un radiotelescopio che è mille volte più grande di uno ottico. Fortunatamente, possiamo costruire radiotelescopi così grandi grazie a una tecnica nota come interferometria.
Per costruire un radiotelescopio ad alta risoluzione, non puoi semplicemente costruire un'enorme antenna radio. Avresti bisogno di un piatto di oltre 10 chilometri di diametro. Anche la più grande parabola radio, il telescopio FAST cinese, è larga solo 500 metri. Quindi, invece di costruire un unico grande piatto, costruisci dozzine o centinaia di piatti più piccoli che possono lavorare insieme. È un po 'come usare solo parti di un grande specchio al posto del tutto. Se lo facessi con un telescopio ottico, la tua immagine non sarebbe così luminosa, ma sarebbe altrettanto nitida.
Ma non è così semplice come costruire un sacco di piccole antenne. Con un singolo telescopio, la luce proveniente da un oggetto distante entra nel telescopio e viene focalizzata dallo specchio o dall'obiettivo su un rivelatore. La luce che ha lasciato l'oggetto allo stesso tempo raggiunge il rilevatore allo stesso tempo, quindi l'immagine è sincronizzata. Quando hai una serie di antenne radio, ognuna con il proprio rilevatore, la luce del tuo oggetto raggiungerà alcuni rilevatori di antenne prima di altri. Se avessi unito tutti i tuoi dati, avresti avuto un pasticcio confuso. Qui entra in gioco l'interferometria.
Ogni antenna nel tuo array osserva lo stesso oggetto, e mentre lo fanno segnano il tempo dell'osservazione in modo molto preciso. In questo modo hai dozzine o centinaia di flussi di dati, ognuno con timestamp unici. Dai timestamp è possibile sincronizzare nuovamente tutti i dati. Se sai che il piatto B ottiene un singolo 2 microsecondi dopo il piatto A, sai che il segnale B deve essere spostato in avanti di 2 microsecondi per essere sincronizzato.
La matematica per questo diventa davvero complicata. Affinché l'interferometria funzioni, è necessario conoscere la differenza di tempo tra ciascuna coppia di antenne paraboliche. Per 5 piatti che sono 15 coppie. Ma il VLA ha 27 piatti attivi o 351 coppie. ALMA ha 66 piatti, per un totale di 2.145 coppie. Non solo, poiché la Terra ruota la direzione del tuo oggetto cambia rispetto alle antenne paraboliche, il che significa che il tempo tra i segnali cambia mentre fai osservazioni. Devi tenere traccia di tutto questo per correlare i segnali. Questo viene fatto con un supercomputer specializzato noto come correlatore. È specificamente progettato per eseguire questo calcolo. È il correlatore che consente a dozzine di antenne di funzionare come un singolo telescopio.
Ci sono voluti decenni per perfezionare e migliorare l'interferometria radio, ma è diventato uno strumento comune per la radioastronomia. Dall'inaugurazione del VLA nel 1980 alla prima luce di ALMA nel 2013, l'interferometria ci ha dato immagini straordinariamente ad alta risoluzione. La tecnica è ora così potente che può essere utilizzata per collegare telescopi in tutto il mondo.
Nel 2009 gli osservatori radiofonici di tutto il mondo hanno deciso di lavorare insieme per un progetto ambizioso. Hanno usato l'interferometria per combinare i loro telescopi per creare un telescopio virtuale grande come un pianeta. È noto come Event Horizon Telescope e nel 2019 ci ha regalato la nostra prima immagine di un buco nero.
Con il lavoro di squadra e l'interferometria, ora possiamo studiare uno degli oggetti più misteriosi ed estremi dell'universo.
