Chip fotonic minuscul leagă telescoapele într-un instrument unic de observare a universului
Un cip de sticlă de dimensiunea palmei, dezvoltat de cercetătorii de la Universitatea Heriot-Watt, a fost utilizat pentru prima dată în observații pe cer la Array-ul CHARA din California, reușind să combine lumina colectată de două telescoape astfel încât acestea să funcționeze ca un singur instrument puternic. Rezultatele, publicate în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arată că tehnologia poate îndeplini o sarcină care necesita anterior sisteme optice mult mai mari și mai complexe.
Array-ul CHARA, una dintre facilitățile de prim rang pentru astronomia de înaltă rezoluție, reunește șase telescoape care pot fi cuplate pentru a studia obiectele cerești în detaliu extrem. Pentru aceasta, lumina colectată de fiecare telescop trebuie combinată cu o precizie deosebită. Cipul fotonic ghidează lumina prin canale subțiri de sticlă, la fel cum circuitele integrate ghidează electronii.
Un efort de 15 ani ajunge la cer
Proiectul internațional a reunit cercetători din Regatul Unit, Germania și Statele Unite. Cipul fotonic din inima instrumentului a fost dezvoltat la Institutul de Fotonica și Științe Cuantice al Universității Heriot-Watt de profesorul Robert Thomson și dr. Aurélien Benoît, iar echipa a avut un rol central și în campaniile de observare care au demonstrat tehnologia pe rețeaua de telescoape.
Thomson a declarat că este un moment important pentru un program de cercetare început acum mai bine de 15 ani. Astronomii pot obține imagini mult mai clare ale universului combinând observații de la mai multe telescoape simultan, astfel încât acestea să lucreze ca un telescop mult mai mare. În mod tradițional, combinarea luminii de la mai multe telescoape presupune instrumente voluminoase, cu aranjamente complexe de oglinzi și lentile, însă echipa a arătat că o mare parte din această activitate poate fi realizată de un cip de sticlă de doar câțiva centimetri.
Instrumentul CHARIOT și observațiile pe cer
Cipul Heriot-Watt îndeplinește acest rol prin canale minuscule scrise direct cu ajutorul unei tehnici de inscripție cu laser ultrafast într-o sticlă inovatoare, care oferă acces la o gamă spectrală neexplorată anterior pentru acest proces de fabricație. Canalele combină lumina care sosește, permițând telescoapelor separate să funcționeze ca un singur telescop. Cipul se află în inima unui instrument numit CHARIOT, conceput ca platformă de testare pentru tehnologii fotonice noi.
În campaniile de observare din 2024 și 2025, CHARIOT a combinat cu succes lumina de la telescoapele Array-ului CHARA și a înregistrat semnale de la o serie de stele, demonstrând precizia necesară pentru cercetarea astronomică avansată. Instrumentul a detectat de asemenea semnale de la stele mai slabe decât cele accesibile sistemului pe care l-a înlocuit.
Benoît a spus că este ceva deosebit să vezi un dispozitiv conceput, proiectat, fabricat și caracterizat în laborator folosit pentru a colecta și analiza eficient lumina unor stele reale la unul dintre principalele interferometre astronomice din lume. Avantajul mare al abordării este că funcții optice complexe pot fi integrate într-un cip de sticlă remarcabil de mic și de stabil, iar împreună cu flexibilitatea CHARIOT rezultă o platformă puternică pentru testarea rapidă a tehnologiilor fotonice tot mai avansate.
Dr. Aline Dinkelaker, autoarea principală a studiului, de la Institutul Leibniz pentru Astrofizică din Potsdam, a afirmat că demonstrarea tehnologiei în condiții reale de observare este un pas important înainte. Primele observații arată că tehnologiile fotonice pot oferi performanța necesară cercetării astronomice de vârf, iar pe măsură ce tehnologia se dezvoltă, ar putea ajuta astronomii să studieze în detaliu sistemele planetare din jurul altor stele.
Cipuri interschimbabile și perspective
Unul dintre cele mai mari avantaje ale CHARIOT este flexibilitatea: diferite cipuri de tehnologie fotonică pot fi scoase și înlocuite în câteva ore, ceea ce permite testarea rapidă și eficientă a unor modele îmbunătățite. Lucrarea face parte din domeniul în creștere al astrofotonicii, care folosește tehnologii avansate bazate pe lumină pentru a aborda unele dintre cele mai dificile probleme ale astronomiei. Cercetătorii consideră că tehnologia ar putea sprijini în cele din urmă unele dintre cele mai ambițioase obiective ale astronomiei, inclusiv studierea modului în care se formează și evoluează sistemele planetare și detectarea directă a planetelor din jurul altor stele.
