T.E.L: 3 min.
Para hacer telescopios más grandes, hay que entender lo más pequeño.
Los telescopios revolucionaron la astronomía. También las computadoras y las cámaras fotográficas. Hacen faltan cada vez telescopios más grandes, no solo para ver más lejos, sino para detectar objetos de menor diámetro angular.
Se ha diseñado un telescopio compuesto por rejillas de difracción que podría detectar un planeta como la Tierra que se encuentre hasta 30 años luz de distancia. Es el telescopio DICER (Diffractive Interfero Coronagraph Exoplanet Resolver) propuesto por Heidi Newberg del Rensselaer Polytechnic Institute.
Para ir más allá, sería muy importante observar las estrellas más cercanas en busca de exoplanetas y luego investigar a éstos para detectar satélites artificiales o luces artificiales en superficie. Pero si un satélite tuviera 200 metros de diámetro (lo que es demasiado) y estuviera alrededor de un exoplaneta a tan solo 4 años luz de distancia, su diámetro angular sería de 0.0000000000003 grados.
Una posibilidad es la de hacer interferómetros ópticos. Al igual que ya se realiza la interferometría en ondas de radio, la idea sería tener varios telescopios en el rango visual separados una gran distancia, pero unidos de forma tal de compartir las observaciones en forma sincronizada. Una gran base podría ser poner telescopios en órbita. Pero la posibilidad de unir físicamente los aparatos lo vuelve impracticable.
Los interferómetros de Michelson son conocidos, como los que usa LIGO para detectar ondas gravitacionales. Recolectan fotones de sus fuentes del cielo en dos o más sub-aperturas y son transportados a través de enlaces ópticos a un punto de interferencia. Para un par de sub-aperturas separadas por una línea de base B, la interferencia medida es sensible para una fuente con un tamaño angular de 𝛿𝜃 ∼ 𝜆/𝐵, donde 𝜆 es la longitud de onda del fotón. Por eso, este tipo de interferómetros son difíciles de hacer para largas distancias.
El uso de óptica cuántica para mejorar la precisión es una meta deseada. En particular, la propuesta Gottesman-Jennewein-Croke (GJC) atrajo la atención como una manera de construir un telescopio cuántico, es decir, un interferómetro de muy larga base habilitado por el uso de efectos de óptica cuántica. Esta propuesta, sin embargo, depende de repetidores cuánticos, una tecnología que todavía requiere mucho desarrollo.
Otra alternativa fue la de Stankus-Nomerotski-Slosar-Vintskevich (SNSV) que depende del efecto Hanbury Brown and Twiss (HBT). Este tipo de instrumento, conocido como interferómetro de intensidad, fue usado en el Narrabri Stellar Intensity Interferometer.
Un trabajo reciente de varios investigadores del Brookhaven National Laboratory, toman el diseño de esas propuestas anteriores. "La propuesta fue usar una fuente de fotones entrelazados y emplear correlaciones de fotones en dos estaciones y así quitar el problema de la estabilidad de fase. Los interferómetros de intensidad son usados para medir los diámetros estelares usando una técnica basada en el efecto HBT. En nuestro esquema usamos el mismo efecto, solo en su parte de fase-dependiente, para medir el ángulo de apertura entre dos estrellas, que así pueden estar separadas por un ángulo considerable. Por un lado, la segunda estrella puede ser vista como una fuente de fotones coherentes para la primera estrella y así hay un enlace con la propuesta GJC", explicó Andrei Nomerotski, coautor del trabajo, a Universe Today.
En una nota publicada hace algunos años en el sitio del Laboratorio Brookhaven se explica: En la interferometría clásica, fotones de una fuente astronómica llegan a dos telescopios con una demora (diferencia de fase), que puede ser determinada a través de la intensidad de la interferencia. Usando dos fotones en la forma de pares entrelazados que pueden ser transmitidos simultáneamente a dos estaciones e interferir con los fotones estelares, permitiría líneas de base arbitrariamente largas y resoluciones más finas.
"Es un proyecto de exploración donde por primera vez pondremos a prueba ideas de interferometría óptica de dos fotones usando entrelazamiento cuántico para observaciones astronómicas", comentó Nomerotski. "Empezaremos con simples experimentos en el laboratorio y en algunos años esperamos tener una demostración con observaciones del cielo reales".
El astrofísico agregó a Universe Today que "Hay una variedad de interesantes ideas conceptuales en este campo, pero muchas de ellas son teóricas y por tanto, futurísticas. Pensamos que nuestro trabajo es uno de los pocos que afronta las dificultades experimentales y estamos haciendo buenos progresos".
La astronomía se caracteriza por estudiar objetos gigantes a distancias enormes. Pero, en definitiva, se trata de recolectar luz y concentrarla en un punto. Y la luz está compuesta de ondas electromagnéticas. Usar las propiedades cuánticas de la luz, por tanto, no debería resultar llamativo. Al final, lo más pequeño permitirá estudiar lo más grande. La parte por el todo. La sinécdoque astronómica transformará a los instrumentos cuánticos del futuro en los telescopios por antonomasia.☉
Fuentes y enlaces relacionados
Longer-Baseline Telescopes Using Quantum Repeaters
Daniel Gottesman, Thomas Jennewein, Sarah Croke
Towards Quantum Telescopes: Demonstration of a Two-Photon Interferometer for Quantum-Assisted Astronomy
Are We Entering the Era of Quantum Telescopes?
Imaging stars with quantum error correction
Calculate Angular Diameter
Hanbury Brown and Twiss effect
Quantum Astrometry
Foto: Brookhaven Lab physicists: Paul Stankus, Andrei Nomerotski (principal investigator), Sven Herrmann.
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