Khi các nhà thiên văn học nói về một kính viễn vọng quang học, họ thường đề cập đến kích thước của gương của nó. Điều đó bởi vì gương của bạn càng lớn, tầm nhìn của bạn về thiên đàng càng sắc nét. Nó được gọi là sức mạnh phân giải, và đó là do một tính chất của ánh sáng được gọi là nhiễu xạ. Khi ánh sáng đi qua một lỗ mở, chẳng hạn như mở kính viễn vọng, nó sẽ có xu hướng lan ra hoặc nhiễu xạ. Độ mở càng nhỏ, ánh sáng càng lan rộng làm cho hình ảnh của bạn mờ hơn. Đây là lý do tại sao các kính thiên văn lớn hơn có thể chụp được hình ảnh sắc nét hơn các kính thiên văn nhỏ hơn.
Nhiễu xạ không chỉ phụ thuộc vào kích thước của kính thiên văn của bạn, nó cũng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng bạn quan sát được. Bước sóng càng dài, ánh sáng càng nhiễu xạ cho một kích thước mở nhất định. Bước sóng của ánh sáng khả kiến là rất nhỏ, nhỏ hơn một phần triệu mét. Nhưng ánh sáng vô tuyến có bước sóng dài hơn gấp ngàn lần. Nếu bạn muốn chụp ảnh sắc nét như kính viễn vọng quang học, bạn cần một kính viễn vọng vô tuyến lớn gấp hàng nghìn lần so với kính quang học. May mắn thay, chúng ta có thể chế tạo kính viễn vọng vô tuyến lớn như vậy nhờ vào một kỹ thuật gọi là giao thoa kế.
Để chế tạo một kính thiên văn vô tuyến có độ phân giải cao, bạn có thể chỉ cần chế tạo một đĩa radio khổng lồ. Bạn sẽ cần một món ăn hơn 10 km. Ngay cả đĩa radio lớn nhất, kính viễn vọng FAST Trung Quốc, chỉ có chiều ngang 500 mét. Vì vậy, thay vì xây dựng một món ăn lớn duy nhất, bạn xây dựng hàng chục hoặc hàng trăm món ăn nhỏ hơn có thể làm việc cùng nhau. Nó giống như chỉ sử dụng các bộ phận của một tấm gương lớn tuyệt vời thay vì toàn bộ. Nếu bạn làm điều này với kính viễn vọng quang học, hình ảnh của bạn sẽ sáng như vậy, nhưng nó sẽ gần như sắc nét.
Nhưng nó không đơn giản như xây dựng nhiều đĩa ăng ten nhỏ. Với một kính thiên văn duy nhất, ánh sáng từ một vật thể ở xa chiếu vào kính viễn vọng và được gương hoặc thấu kính hội tụ vào máy dò. Ánh sáng rời khỏi vật thể cùng một lúc đến máy dò cùng một lúc, vì vậy hình ảnh của bạn được đồng bộ hóa. Khi bạn có một loạt các đĩa radio, mỗi đĩa có máy dò riêng, ánh sáng từ vật thể của bạn sẽ đến một số máy dò ăng ten sớm hơn các loại khác. Nếu bạn chỉ kết hợp tất cả dữ liệu của bạn, bạn sẽ có một mớ hỗn độn. Đây là nơi giao thoa kế đến.
Mỗi ăng-ten trong mảng của bạn quan sát cùng một đối tượng và khi chúng thực hiện, chúng đánh dấu thời gian quan sát rất chính xác. Bằng cách này, bạn có hàng chục hoặc hàng trăm luồng dữ liệu, mỗi luồng có dấu thời gian duy nhất. Từ dấu thời gian, bạn có thể đặt tất cả dữ liệu trở lại đồng bộ. Nếu bạn biết rằng đĩa B nhận được 2 micro giây sau đĩa A, bạn biết tín hiệu B phải được chuyển về phía trước 2 micro giây để được đồng bộ hóa.
Toán học cho điều này thực sự phức tạp. Để giao thoa kế hoạt động, bạn phải biết chênh lệch thời gian giữa mỗi cặp ăng ten. Cho 5 món mà LÔ 15 đôi. Nhưng VLA có 27 món ăn hoạt động hoặc 351 cặp. ALMA có 66 món ăn, làm cho 2.145 cặp. Không chỉ vậy, khi Trái đất quay hướng của vật thể của bạn dịch chuyển so với các đĩa ăng ten, có nghĩa là thời gian giữa các tín hiệu thay đổi khi bạn quan sát. Bạn phải theo dõi tất cả để tương quan với các tín hiệu. Điều này được thực hiện với một siêu máy tính chuyên dụng được gọi là bộ tương quan. Nó được thiết kế đặc biệt để thực hiện một tính toán này. Nó là bộ tương quan cho phép hàng chục đĩa ăng ten hoạt động như một kính thiên văn duy nhất.
Phải mất nhiều thập kỷ để tinh chỉnh và cải thiện giao thoa vô tuyến, nhưng nó đã trở thành một công cụ phổ biến cho thiên văn vô tuyến. Từ khi khánh thành VLA năm 1980 đến ánh sáng đầu tiên của ALMA năm 2013, phép đo giao thoa đã cho chúng ta những hình ảnh có độ phân giải cực cao. Kỹ thuật này mạnh đến mức có thể được sử dụng để kết nối các kính viễn vọng trên toàn thế giới.
Năm 2009, các đài quan sát trên toàn thế giới đã đồng ý hợp tác trong một dự án đầy tham vọng. Họ đã sử dụng giao thoa kế để kết hợp các kính thiên văn của họ để tạo ra một kính thiên văn ảo lớn như một hành tinh. Nó được gọi là Kính thiên văn Chân trời Sự kiện, và vào năm 2019, nó đã cho chúng ta hình ảnh đầu tiên về một lỗ đen.
Với tinh thần đồng đội và giao thoa kế, giờ đây chúng ta có thể nghiên cứu một trong những vật thể bí ẩn và cực đoan nhất trong vũ trụ.
