Команда астрофизиков под руководством Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе впервые использовала наземный телескоп с новым устройством — фотонным фонарём (photonic lantern) — и получила изображение звёздного диска с беспрецедентным уровнем детализации. До сих пор подобного разрешения можно было достичь только объединив несколько телескопов в сеть.
Обычно, чтобы увидеть тончайшие структуры у далёких звёзд и галактик, астрономы синхронизируют работу нескольких обсерваторий, создавая гигантские «виртуальные зеркала». Но фотонный фонарь позволяет получить такие данные с помощью одного телескопа. Он делит поступающий звёздный свет на десятки тонких каналов, где каждый фиксирует свои пространственные колебания и оттенки, а затем компьютер восстанавливает из них полное изображение — с резкостью, недостижимой для обычных камер.
Первое испытание метода провели на звезде β Малого Пса (Beta Canis Minoris) в 162 световых годах от Земли, известной вращающимся газовым диском из водорода. Благодаря новой технике удалось измерить сдвиги из-за эффекта Доплера — когда одна сторона диска, обращённая к Земле, кажется синее, а противоположная — краснее. Сопоставив эти смещения по длине волны, учёные обнаружили, что диск звезды несимметричен.
«Мы не ожидали увидеть такую асимметрию — теперь астрофизикам предстоит объяснить, почему она возникла», — отметила ведущий автор, аспирантка UCLA Ю Джон Ким.
Фотонный фонарь работает как сложная оптическая призма: он разделяет свет не только по цвету, но и по форме волнового фронта. Прибор был спроектирован в Университете Сиднея и Университете Центральной Флориды, а стал частью системы FIRST-PL, разработанной Парижской обсерваторией и Университетом Гавайев. Сама установка работает на телескопе Subaru на Гавайях, который принадлежит Национальной астрономической обсерватории Японии.
Одной из главных проблем оказалось влияние атмосферы — турбулентность, из-за которой звёзды «мерцают». Чтобы компенсировать эти искажения, использовалась система адаптивной оптики Subaru, мгновенно подстраивающая форму зеркала под изменения воздуха. Даже так Фотонный фонарь оказался настолько чувствительным, что потребовалась новая методика обработки данных, фильтрующая остаточные колебания.
«В астрономии предельное разрешение ограничено дифракционным пределом — самой природой света. Мы показали, что с фотонным фонарём можно выйти за этот предел», — пояснил профессор Майкл Фицджеральд. По словам соавтора Неманьи Йовановича из Калифорнийского технологического института, «эта технология открывает путь к новым способам измерений, и мы только начинаем видеть, насколько это перспективно».
Теперь астрономы смогут изучать звёзды, планеты и диски, которые раньше были слишком тусклыми или малыми для наблюдения. Такой подход, объединяющий фотонику, адаптивную оптику и обработку данных, может стать основой телескопов нового поколения.