Asgard/NOTT: Status of laboratory nulling performance
यह शोध पत्र स्पेक्ट्रली विसरित प्रकाश (spectrally dispersed light) के साथ Asgard/NOTT नलिंग उपकरण के टेस्ट बेंच का पहला एम्बिएंट प्रदर्शन मूल्यांकन प्रस्तुत करता है, जो पिछले परिणामों की तुलना में ~10⁻¹ तक कंट्रास्ट क्षरण (contrast degradation) को प्रकट करता है और लक्षित 10⁻⁵ कंट्रास्ट प्राप्त करने के लिए आवश्यक पाइपलाइन संशोधनों और भविष्य के प्रयोगात्मक समायनों को रेखांकित करता है।
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खगोल विज्ञान के हृदय में एक निरंतर चुनौती छिपी है: तारों के धुंधले, मंद साथियों को देखना। युवा विशाल ग्रह और धूल के घूमते बादल अक्सर अपने जनक सितारों की चमक में छिप जाते हैं, ठीक वैसे ही जैसे किसी स्पॉटलाइट के बगल में जुगनू को खोजने की कोशिश करना। इसे हल करने के लिए, खगोलशास्त्री 'नलिंग इंटरफेरोमेट्री' (nulling interferometry) नामक एक तकनीक का उपयोग करते हैं। भौतिक ढाल से तारे के प्रकाश को रोकने की कोशिश करने के बजाय, वे कई दूरबीनों से आने वाले प्रकाश को इस तरह मिलाते हैं जिससे तारे के प्रकाश की तरंगें एक-दूसरे को रद्द कर दें। कल्पना कीजिए कि पानी की दो लहरें आपस में मिल रही हैं; यदि एक को ऊपर धकेला जाता है और दूसरी को ठीक उसी क्षण नीचे धकेला जाता है, तो वे एक शांत सतह में बदल जाती हैं। तारे के लिए इस "अंधेरे" क्षेत्र को बनाकर, उपकरण उस बहुत कम चमक वाले प्रकाश को प्रकट कर सकता है जो पास के ग्रहों या धूल के छल्लों से आ रहा होता है, अन्यथा वह चमक में खो जाता। यह विधि "स्नोलाइन" (snowline) के पास दुनिया खोजने के लिए महत्वपूर्ण है—एक तारे के चारों ओर का वह क्षेत्र जहाँ बर्फ बनने के लिए पर्याप्त ठंड होती है, जो यह समझने के लिए एक प्रमुख स्थान है कि ग्रहों का जन्म कैसे होता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम एक नए उपकरण पर काम कर रही है जिसका नाम 'असगार्ड/नोट' (Asgard/NOTT) है, जिसे इन्फ्रारेड प्रकाश की एक विशिष्ट रेंज में यह सूक्ष्म रद्दीकरण (cancellation) करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिसे 'L' बैंड' के रूप में जाना जाता है। यह बैंड विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि यहाँ एक तारे और एक युवा ग्रह के बीच का कंट्रास्ट अधिक अनुकूल होता है, और लंबे तरंग दैर्ध्य (wavelengths) की तुलना में वायुमंडल से आने वाली पृष्ठभूमि की गर्मी कम होती है। यह उपकरण गैलियम लैंथेनम सल्फाइड नामक कांच जैसे पदार्थ से बनी एक छोटी, विशेष चिप पर निर्भर करता है। इस चिप के भीतर, प्रकाश सूक्ष्म चैनलों के माध्यम से यात्रा करता है जो फोटॉनों के लिए सड़कों की तरह कार्य करते हैं। जब विभिन्न दूरबीनों से प्रकाश इन चैनलों में प्रवेश करता है, तो वे आपस में मिल जाते हैं और हस्तक्षेप (interfere) करते हैं। चिप को इस तरह इंजीनियर किया गया है कि तारे का प्रकाश पूरी तरह से रद्द हो जाए जबकि साथी ग्रह का प्रकाश डिटेक्टर तक पहुँच सके। चिली में 'वेरी लार्ज टेलीस्कोप इंटरफेरोमीटर' पर इस उपकरण को स्थापित करने से पहले, इसे प्रयोगशाला के बेंच पर पूरी तरह से परीक्षण करना आवश्यक है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि यह इच्छानुसार कार्य करता है।
इस हालिया कार्य में, शोधकर्ताओं ने उपकरण के प्रदर्शन का परीक्षण करके एक महत्वपूर्ण कदम उठाया, जो सामान्य कमरे के तापमान की स्थितियों में किया गया था, लेकिन एक नए मोड़ के साथ: उन्होंने ऐसे प्रकाश का उपयोग किया जो अपने घटक रंगों में फैला हुआ या विसरित (dispersed) था। पिछले परीक्षणों में या तो रंगों का एक व्यापक मिश्रण उपयोग किया गया था या वे अत्यधिक ठंडी स्थितियों में किए गए थे, लेकिन इस नए परीक्षण का उद्देश्य यह देखना था कि चिप विशिष्ट रंगों के प्रकाश के साथ प्रयोगशाला में कैसा प्रदर्शन करती है। टीम ने एक परिष्कृत परीक्षण सेटअप बनाया जो दूरबीनों से आने वाले प्रकाश की नकल करता है, जिसमें चार प्रकाश बीमों को फोटोनिक चिप में निर्देशित करने के लिए दर्पणों और लेंसों का उपयोग किया गया है। उन्होंने इन बीमों की स्थिति को सावधानीपूर्वक समायोजित किया और सटीक बिंदु खोजने के लिए उन्हें आगे-पीछे स्कैन किया जहाँ तारे का प्रकाश रद्द हो जाता है। डेटा को समझने के लिए, उन्होंने छवियों को साफ करने, बैकग्राउंड शोर को हटाने और कैमरा सेंसर पर असमान प्रकाश को ठीक करने के लिए एक नया कंप्यूटर पाइपलाइन विकसित किया।
इस परीक्षण के परिणामों ने सफलता और अप्रत्याशित बाधाओं का मिश्रण प्रकट किया। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि चिप के भीतर के सूक्ष्म चैनल प्रकाश को उसी तरह विभाजित करते हैं जैसा कि उन्होंने उम्मीद की थी, और लक्षित तरंग दैर्ध्य सीमा में प्रकाश के विभिन्न रंग सुसंगत व्यवहार करते हैं। यह एक महत्वपूर्ण सत्यापन था कि चिप स्वयं सही ढंग से कार्य कर रही है। हालाँकि, जब उन्होंने यह मापने की कोशिश की कि उपकरण तारे के प्रकाश को कितनी अच्छी तरह रद्द कर सकता है, तो प्रदर्शन उतना अच्छा नहीं था जितना कि उन्होंने पहले के सरल परीक्षणों में देखा था। अत्यंत उच्च स्तर की अंधकारता प्राप्त करने के बजाय, जिसका वे लक्ष्य रख रहे थे, "नल" (null) अपेक्षित स्तर से लगभग दस गुना अधिक उज्ज्वल था। टीम ने पाया कि यह इसलिए नहीं था कि चिप खराब थी, बल्कि इसलिए था क्योंकि चिप में प्रवेश करने वाला प्रकाश पूरी तरह से संतुलित नहीं था। आंतरिक चैनलों ने प्रकाश को असमान रूप से विभाजित किया, और चूंकि शोधकर्ताओं ने पहले सिस्टम में समान मात्रा में प्रकाश डालने का प्रयास किया था, इसलिए रद्दीकरण कम प्रभावी रहा।
इसे ठीक करने के लिए, शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि उन्हें अपने दृष्टिकोण को बदलने की आवश्यकता है। भविष्य के परीक्षणों में, वे चिप के भीतर असमान विभाजन की भरपाई करने के लिए जानबूझकर अलग-अलग चैनलों में थोड़ा अलग मात्रा में प्रकाश डालने की योजना बना रहे हैं। उन्होंने यह भी पहचाना कि कैमरा से बैकग्राउंड शोर को हटाने का उनका वर्तमान तरीका पूर्ण नहीं है, क्योंकि बैकग्राउंड लाइट समय के साथ बदलती रहती है। वे एक मैकेनिकल चॉपर व्हील (mechanical chopper wheel) स्थापित करने का इरादा रखते हैं जो प्रकाश को तेजी से चालू और बंद कर सके, जिससे वे वास्तविक समय में बैकग्राउंड शोर को घटा सकें। इन समायोजनों के साथ, और एक अंतिम, अधिक संवेदनशील कैमरा और एक क्रायोस्टेट (cryostat) लगाने के साथ, टीम को उपकरण का पुन: परीक्षण करने और वास्तविक खगोलीय अवलोकनों के लिए आवश्यक उच्च-प्रदर्शन रद्दीकरण प्राप्त करने की उम्मीद है। यह कार्य एक महत्वपूर्ण चेकपॉइंट के रूप में कार्य करता है, जो यह सिद्ध करता है कि हालांकि मुख्य तकनीक ठोस है, लेकिन उपकरण को पूर्ण करने का मार्ग सिस्टम में प्रवेश करने वाले प्रकाश के सावधानीपूर्वक ट्यूनिंग और बैकग्राउंड शोर के बेहतर प्रबंधन की मांग करता है।
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