Aumentan la resolución de un telescopio sin agrandar los espejos

En un nuevo artículo, científicos de Israel documentan hallazgos que podrían mejorar significativamente la resolución del telescopio. La investigación, que fue realizada por el estudiante de doctorado Gal Gumpel y se publicó en el Journal of the Optical Society of America, en un número especial sobre astrofotónica.

La resolución de un telescopio, cuán nítidas son sus imágenes, es el ángulo más pequeño entre dos objetos observados, donde aún pueden separarse visiblemente.

El límite de resolución se establece por difracción: los rayos de luz se difractan y se dispersan alrededor de los objetos en su camino.

En este caso el espejo del telescopio, a medida que viajan al plano focal, donde está el detector (cámara). El ángulo original de la luz está borroso, lo que hace que el objeto observado, en este caso una estrella, parezca un punto borroso.

Por lo tanto, dos estrellas cercanas se verán como puntos borrosos superpuestos, que ya no podemos distinguir.  Hay dos formas básicas de reducir la difracción y mejorar la resolución, según lo establecido por el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica.

Uno es la reducción de la longitud de onda, por ejemplo, iluminando el objeto con luz azul, en lugar de roja; el otro es aumentar la apertura del telescopio.

Dado que en astronomía observamos luz natural que está fuera de nuestro control, no podemos reducir la longitud de onda, pero podemos aumentar la apertura del telescopio.

De hecho, los telescopios gigantes que se están construyendo en las últimas décadas proporcionan una resolución muy alta.  En los telescopios medianos o espaciales, limitados por el volumen del lanzador, la resolución sigue siendo un problema.

El experimento realizado en Israel se basa en la amplificación de fotones (partículas de luz).

Cuando un fotón, procedente de una estrella, atraviesa la apertura del telescopio, llega a un amplificador de luz, un medio de átomos, que responde estimulando la emisión de muchos fotones adicionales.

Estos fotones estimulados son idénticos al fotón original, tanto en dirección como en longitud de onda.

También obedecen el límite de difracción inicial, pero por su simple número permiten una mejor medición del ángulo en el que el fotón astronómico original ha cruzado la apertura del telescopio.

Esta es una mejora en la detección directa, que se basa solo en el fotón original (sin amplificador), mejora la resolución del telescopio sin aumentar su tamaño.

Esta amplificación de la luz se ha desfavorecido porque la emisión estimulada también va acompañada de una emisión espontánea constante de los mismos átomos.

Los copiosos fotones espontáneos se emiten en todas las direcciones, a diferencia de los estimulados, creando un fondo brillante y reduciendo el aumento de resolución logrado.

Como resultado, Gumpel y Ribak tuvieron que medir por separado también los fotones espontáneos.

En el experimento de laboratorio, bloquearon la luz de la “estrella” parte del tiempo, midiendo así solo el fondo, mientras que el resto del tiempo sirvió para medir tanto fotones estimulados como espontáneos.

La imagen del objeto se obtuvo restando la imagen de fondo de la imagen combinada, dejando solo la imagen limpia de la fuente.

Esta es la primera vez que se realiza un experimento de este tipo con luz blanca, ya que la mayoría de los amplificadores de luz (como los de los láseres) funcionan solo en una longitud de onda.

Según los investigadores, “uno de los posibles inconvenientes del método es la pérdida de sensibilidad en las imágenes finales, pero este es un precio que vale la pena pagar por el aumento de resolución.

Además, la pérdida de sensibilidad se puede superar parcialmente aumentando los tiempos de exposición, es decir, el período de observación”.

Latamisrael