Når astronomer taler om et optisk teleskop, nævner de ofte størrelsen på dets spejl. Det skyldes, at jo større dit spejl er, desto skarpere kan dit syn på himlen være. Det er kendt som opløsende magt, og det skyldes en egenskab med lys, der er kendt som diffraktion. Når lys passerer gennem en åbning, såsom åbningen af teleskopet, vil det have en tendens til at sprede sig eller diffrahere. Jo mindre åbning, jo mere spredes lyset, hvilket gør dit billede mere sløret. Dette er grunden til, at større teleskoper kan fange et skarpere billede end mindre.
Diffraktion afhænger ikke kun af størrelsen på dit teleskop, det afhænger også af bølgelængden af det lys, du ser. Jo længere bølgelængden er, desto mere diffraherer lyset for en given åbningsstørrelse. Bølgelængden for synligt lys er meget lille, mindre end en milliondels meter. Men radiolys har en bølgelængde, der er tusind gange længere. Hvis du vil optage billeder så skarpe som optiske teleskoper, har du brug for et radioteleskop, der er tusind gange større end et optisk. Heldigvis kan vi bygge radioteleskoper så store takket være en teknik, der er kendt som interferometri.
For at bygge et højtopløst radioteleskop kan du ikke bare bygge en enorm radioskål. Du har brug for en skål, der er mere end 10 kilometer på tværs. Selv den største radioskål, Kinas FAST-teleskop, ligger kun 500 meter over. Så i stedet for at bygge en enkelt stor skål, bygger du snesevis eller hundreder af mindre retter, der kan arbejde sammen. Det er lidt som at kun bruge dele af et stort stort spejl i stedet for det hele. Hvis du gjorde dette med et optisk teleskop, ville dit billede ikke være så lyst, men det ville være næsten lige så skarpt.
Men det er ikke så simpelt som at bygge masser af små antenneretter. Med et enkelt teleskop kommer lyset fra et fjernt objekt ind i teleskopet og fokuseres af spejlet eller objektivet på en detektor. Lyset, der forlod objektet på samme tid, når detektoren på samme tid, så dit billede er synkroniseret. Når du har en række radioskåle, hver med deres egen detektor, når lyset fra dit objekt nogle antennedetektorer hurtigere end andre. Hvis du lige kombinerede alle dine data, ville du have et virvarigt rod. Det er her interferometri kommer ind.
Hver antenne i dit array observerer det samme objekt, og som de gør markerer de hver observationstidspunkt meget præcist. På denne måde har du snesevis eller hundreder af strømme med data, hver med unikke tidsstempler. Fra tidsstemplerne kan du sætte alle data tilbage i synkronisering. Hvis du ved, at skål B får et enkelt 2 mikrosekunder efter skål A, ved du, at signal B skal flyttes frem 2 mikrosekunder for at være synkroniseret.
Matematikken for dette bliver virkelig kompliceret. For at interferometri skal fungere, skal du kende tidsforskellen mellem hvert par antenneskibe. For 5 retter, der er 15 par. Men VLA har 27 aktive retter eller 351 par. ALMA har 66 retter, hvilket gør det til 2.145 par. Ikke kun det, da jorden roterer retningen af dit objekt forskydes i forhold til antenneskålene, hvilket betyder, at tiden mellem signalerne ændrer sig, når du foretager observationer. Du skal holde styr på det hele for at korrelere signalerne. Dette gøres med en specialiseret supercomputer kendt som en korrelator. Det er specifikt designet til at gøre denne ene beregning. Det er korrelatoren, der lader snesevis af antenneskiver fungere som et enkelt teleskop.
Det har taget årtier at forfine og forbedre radiointerferometri, men det er blevet et almindeligt værktøj til radioastronomi. Fra indvielsen af VLA i 1980 til ALMAs første lys i 2013 har interferometri givet os ekstraordinære billeder i høj opløsning. Teknikken er nu så kraftig, at den kan bruges til at forbinde teleskoper over hele verden.
I 2009 blev radioobservatorier overalt i verden enige om at arbejde sammen om et ambitiøst projekt. De brugte interferometri til at kombinere deres teleskoper for at skabe et virtuelt teleskop så stort som en planet. Det er kendt som Event Horizon Telescope, og i 2019 gav det os vores første billede af et sort hul.
Med teamwork og interferometry kan vi nu studere en af de mest mystiske og ekstreme objekter i universet.
