On-sky demonstration of dual-field interferometry at the CHARA Array

ब्रह्मांड के सूक्ष्मतम विवरणों को देखने के लिए, खगोलविदों को अक्सर दूरबीनों को एक साथ जोड़ने की आवश्यकता होती है, जिससे उनके बीच की दूरी के बराबर चौड़ा एक आभासी उपकरण बन जाता है। यह तकनीक, जिसे इंटरफेरोमेट्री (interferometry) कहा जाता है, वैज्ञानिकों को दूर स्थित सितारों के सूक्ष्म ढांचों को स्पष्ट रूप से देखने की अनुमति देती है, जो अन्यथा केवल प्रकाश के बिंदुओं के रूप में दिखाई देते। हालाँकि, पृथ्वी का वायुमंडल एक अशांत चादर की तरह है जो आने वाले तारों के प्रकाश को लगातार विकृत करता रहता है, जिससे इन मापों के लिए आवश्यक नाजुक इंटरफेरेंस पैटर्न (interference patterns) एक सेकंड के अंश में धुंधले होकर गायब हो जाते हैं। पारंपरिक रूप से, इसका अर्थ यह था कि खगोलविद केवल बहुत कम समय के लिए चमकीले सितारों का अवलोकन कर सकते थे, जिससे दूर स्थित साथियों या एक्सोप्लैनेट्स (exoplanets) जैसे धुंधले और मायावी पिंडों का अध्ययन करने की उनकी क्षमता सीमित हो जाती थी। चुनौती हमेशा यह रही है कि टेलीस्कोप की "दृष्टि" को इतने लंबे समय तक स्थिर कैसे रखा जाए कि वायुमंडलीय शोर के कारण सिग्नल धुंधला न हो जाए और इन मंद लक्ष्यों से पर्याप्त प्रकाश एकत्र किया जा सके।

कैलिफोर्निया के माउंट विल्सन पर स्थित छह दूरबीनों के एक समूह, CHARA एरे (CHARA Array) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस बाधा को दूर करने का एक नया तरीका सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया है। एक पास के चमकीले तारे का वास्तविक समय में मार्गदर्शक (guide) के रूप में उपयोग करके, उन्होंने दिखाया है कि एक तारे पर वायुमंडलीय विकृतियों को ट्रैक करते हुए, साथ ही एक बहुत अधिक धुंधले साथी तारे पर लंबे समय तक स्थिर दृष्टि बनाए रखना संभव है। यह "डुअल-फील्ड" (dual-field) दृष्टिकोण प्रभावी रूप से एक चमकीले लक्ष्य की आवश्यकता को एक लंबे अवलोकन की आवश्यकता से अलग कर देता है, जिससे उन प्रणालियों के अध्ययन का मार्ग प्रशस्त होता है जो पहले इतने विस्तार से देखने के लिए बहुत धुंधली थीं।

टीम ने इस नई क्षमता का परीक्षण 2025 की गर्मियों में अल्फा पिस्कियम (alpha Piscium) नामक एक त्रि-तारा प्रणाली (triple-star system) का उपयोग करके किया। यह एक पदानुक्रमित व्यवस्था (hierarchical arrangement) है, जिसका अर्थ है कि इसमें तारों का एक विस्तृत जोड़ा है, जिसमें से एक स्वयं एक सघन द्विआधारी जोड़ा (tight binary pair) है। शोधकर्ताओं ने एक ही छह दूरबीनों से जुड़े दो अलग-अलग उपकरणों का उपयोग किया। एक उपकरण, MIRC-X, संदर्भ के रूप में चमकीले प्राथमिक तारे पर केंद्रित था, जो प्रति सेकंड हजारों बार वायुमंडलीय उतार-चढ़ाव को माप रहा था। इन मापों का उपयोग वास्तविक समय में प्रकाश के पथ को ठीक करने के लिए किया गया था। इस बीच, दूसरे उपकरण, MYSTIC ने इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम के भाग में धुंधले साथी तारे का अवलोकन करने के लिए उन्हीं सुधारों का उपयोग किया। क्योंकि संदर्भ तारे ने प्रणाली को स्थिर रखा, दूसरा उपकरण सामान्य से कहीं अधिक लंबे समय तक धुंधले साथी से प्रकाश को एकत्रित कर सका, जिससे इसे उन विवरणों को स्पष्ट करने में मदद मिली जो अन्यथा खो जाते।

इस पहले परीक्षण के परिणाम तत्काल और सटीक थे। टीम ने साथी तारे के आंतरिक द्विआधारी जोड़े को सफलतापूर्वक अलग कर लिया, जो केवल सात हजारवें आर्कसेकंड (arcsecond) की दूरी पर स्थित दो तारों को अलग करता है। इस दूरी को समझने के लिए, यह सैकड़ों मील दूर से देखे गए एक सिक्के के आकार के बराबर है। इसके अलावा, प्रणाली के दो मुख्य तारों की स्थिति की तुलना करके, टीम ने केवल 234 माइक्रोआर्कसेकंड (microarcseconds) की अनिश्चितता के साथ उनकी दूरी को मापा। सटीकता का यह स्तर पुष्टि करता है कि पूरी श्रृंखला—एक साथ दो तारों से प्रकाश प्राप्त करने से लेकर फ्रिंज (fringes) को स्थिर करने और डेटा रिकॉर्ड करने तक—जैसा इरादा था, वैसे ही काम करती है।

हालाँकि प्रारंभिक सफलता में समान चमक वाले दो तारों का उपयोग किया गया था, लेकिन इस तकनीक का वास्तविक लक्ष्य उन वस्तुओं का अवलोकन करना है जो अपने संदर्भ तारों की तुलना में काफी धुंधली हैं। शोधकर्ता अब इस संवेदनशीलता की सीमाओं को बढ़ाने पर काम कर रहे हैं। उन्होंने ऐसा सॉफ्टवेयर विकसित किया है जो इन्फ्रारेड प्रकाश के विभिन्न रंगों में प्रकाश के चरण (phase) को ट्रैक कर सकता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि वायुमंडल के बदलने पर भी प्रणाली स्थिर बनी रहे। शुरुआती परीक्षण बताते हैं कि सिस्टम बहुत कम त्रुटियों के साथ एक स्थिर लॉक बनाए रख सकता है, जो धुंधले लक्ष्यों को देखने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है। हालाँकि, वर्तमान सेटअप अभी भी उन सितारों की चमक से सीमित है जिन्हें यह प्राप्त कर सकता है और लंबे एक्सपोजर के दौरान उपकरणों द्वारा उत्पन्न थर्मल शोर (thermal noise) से भी प्रभावित है।

यहाँ तक पहुँचने के लिए, टीम कई हार्डवेयर अपग्रेड की योजना बना रही है। वे तारों को खोजने और ट्रैक करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कैमरे को एक अधिक संवेदनशील मॉडल से बदलने का इरादा रखते हैं, जो बहुत धुंधले पिंडों का पता लगा सके, जिससे वर्तमान सीमा से बहुत धुंधले मैग्नीट्यूड (magnitude) तक दृश्य योग्य सितारों की सीमा का विस्तार हो सके। वे डिटेक्टरों को ठंडा करने और उपकरण में गर्म खिड़कियों को हटाने की भी योजना बना रहे हैं ताकि बैकग्राउंड हीट (background heat) को कम किया जा सके, जो वर्तमान में धुंधले संकेतों को दबा देती है। इसके अतिरिक्त, उनका लक्ष्य टेलिस्कोप पर एडेप्टिव ऑप्टिक्स (adaptive optics) प्रणालियों में सुधार करना है, जो वायुमंडलीय धुंधलेपन को ठीक करती हैं, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि धुंधले साथी से अधिक प्रकाश उपकरण में प्रवेश करे।

कंप्यूटर सिमुलेशन सुझाव देते हैं कि इन अपग्रेड के साथ, सिस्टम अंततः K-बैंड में मैग्नीट्यूड 13 जितने धुंधले तारों का अवलोकन कर सकता है, जो वर्तमान सीमा (लगभग मैग्नीट्यूड 8 या 9) से एक बड़ी छलांग है। यह खगोलविदों को उन तारों की परिक्रमा करने वाले धुंधले साथियों, जैसे कि ब्राउन ड्वार्फ (brown dwarfs) या एक्सोप्लैनेट्स की खोज करने की अनुमति देगा, जो वर्तमान विधियों से अध्ययन के लिए बहुत धुंधले हैं। टीम ने पहले ही अपनी संवेदनशीलता सीमाओं का परीक्षण करने के लिए डेटा एकत्र करना शुरू कर दिया है, और हालांकि पूर्ण विश्लेषण अभी भी जारी है, आगे का रास्ता स्पष्ट है। एक चमकीले तारे को एक लाइटहाउस में बदलकर जो एक धुंधले पड़ोसी की दृष्टि का मार्गदर्शन करता है, CHARA एरे हमारे ब्रह्मांडीय पड़ोस के छिपे हुए, धुंधले घटकों को देखने के तरीके को बदल रहा है।