Телескопът Event Horizon комбинира данни от наблюдателни станции по целия свят, за да изследва централната черна дупка в галактика M87. Телескопите събраха електромагнитни данни в диапазона между 0,1 и 1 терагерц (THz). Нов, по-чувствителен детектор на THz, изобретен от шведски инженери, ще даде възможност за по-подробни наблюдения на астрофизични явления като този – и потенциално ще намери нови приложения в медицинските изображения, комуникациите и производството.

Най- новото развитие идва от Технологичния университет Чалмърс и  счита графенът за ключ, към бъдещи постижения в сензорна технология, която е основа за подобряване на космически телескопи като цяло. За да продължат разширяването на изображението, изследователите заявяват, че са необходими нови концепции за кохерентни приемници на терагерц (THz). Такива приемници могат да осигурят по-голяма широчина на честотната лента и възможности за изображения с мултипикселови херодиродинови масиви.
Показано е, че материалът графен позволява високочувствително и широколентово кохерентно откриване на сигнали от 90 до 700 GHz и това може да се простира в целия терагерцов диапазон. Графенът е алотроп на въглерод под формата на един слой от атоми в двуизмерна шестоъгълна решетка. Материалът е лек, прозрачен, здрав и силно проводим. Графенът е в основата на много постижения, както текущи, така и потенциални, с множество оптични и електронни устройства.
Тъй като графенът може да постигне сценарий с почти нулев електрон ( точка Dirac ), това дава ключ към преместването на телескопите към следващия етап. Изследователите демонстрираха, че чрез сглобяване на електрон-приемащи молекули на повърхността на графен, той функционира като изключителен материал за откриване на THz хетеродин, когато е легиран до точка Dirac.

Новоразработеният телескоп на базата на графен може да въведе нова вълна от астрономически наблюдения в лента на излъчване между микровълни и инфрачервена светлина. Приложения, включващи медицински изображения, дистанционно проучване и производство, в крайна сметка също могат да бъдат бенефициенти на този детектор.

Микровълновата и радиовълнова радиация се колебаят при честоти, измерени в гигагерц или мегагерц – достатъчно бавни, за да бъдат манипулирани и електронно обработени в конвенционални схеми и компютърни системи. Светлината в инфрачервения диапазон (с честоти, започващи около 20 терагерца) може да се манипулира от традиционната оптика и да се изобразява от конвенционалните CCD устройства.

Но ничията земя между микровълни и инфрачервени лъчи (известна като “терахерцова пропаст”) беше предизвикателна, макар и не напълно невъзможна лента, в която астрономите можеха да наблюдават Вселената.

За да наблюдавате терагерцовите вълни от астрономически източници, първо е необходимо да се издигнете над атмосферата или поне до надморска височина, където земната атмосфера не е потушила напълно сигнала. Съвременното състояние на THz астрономията днес се провежда със свръхпроводящи детектори, казва Самюел Лара-Авила , доцент в катедрата по микротехнология и нанонаука в Технологичния университет Чалмърс, Швеция.

Обсерватории като голям милиметър / субмилиметров масив Atacama (ALMA) в Чили и телескопа на Южния полюс могат да използват такива детектори, комбинирани с локални осцилатори, изпомпващи референтни сигнали на честоти, много близки до тези на целевия сигнал, които астрономите се опитват да открият. Ако телескопът търси радиация при 1 THz, добавянето на локален осцилатор при 1.001 THz би създало комбиниран сигнал с честотни честоти в диапазона 1-GHz (0,001-THz), например. А сигналите от гигагерц представляват поток от данни, който няма да преодолее способността на компютъра да го проследява.

Звучи просто. Но това е: Според Лара-Авила, свръхпроводящите детектори изискват сравнително мощни локални осцилатори – такива, които работят в близост до микровълнова мощност. (Това може да не звучи много, но детекторите работят при криогенни температури.)

За разлика от това, новият графенов детектор ще изисква по-малко от нановат локалek осцилатор или три порядъка по-малък. Резултатът: Свръхпроводящият детектор в този сценарий може да генерира един пиксел с резолюция в небето, докато новата графенова технология може да даде възможност на детектори с толкова, колкото 1000 пиксела.

„Възможно е да мечтаете да направите [THz] детекторни масиви“, казва Лара-Авила.

Вероятно най-известното наблюдение в THz или в близост до THz астрономия е от телескопа на хоризонта на събитията [по-горе], който по-рано този месец спечели наградата за пробив в фундаменталната физика. Някои от честотите, на които е работил, според Wikipedia са между 0,23 и 0,45 THz.

Графеновият детектор, създаден от Лара-Авила и колегите му в Швеция, Финландия и Обединеното кралство, е описан в скорошен брой на списанието Nature Astronomy .

Групата легира своя графен чрез добавяне на полимерни молекули (като добър стар 2,3,5,6-тетрафлуоро-7,7,8,8-тетраанохинодиметан или F4-TCNQ) върху чистите въглеродни листове. Настроени точно вдясно, тези допанти могат да доведат ансамбъла до деликатно квантово равновесно състояние („точката на Дирак“), в което системата е силно чувствителна към широк диапазон от електромагнитни честоти от 0,09 до 0,7 THz и, групата спекулира, потенциално по-висока все още честоти.

Всичко това допълва потенциален THz детектор, който, според изследователите, би могъл да представлява нов стандарт за THz астрономия. И все пак астрономическите приложения за технологиите често представляват само първата вълна от технологии, която лабораториите и компаниите се въртят за много повече земни приложения. Този CCD детектор, захранващ камерите на вашия мобилен телефон, произхожда в малка част от работата на инженерите през 70-те и 80-те години, разработващи чувствителни CCD устройства, чиито първи приложения са били в астрономията.

Технологиите на Terahertz за медицински приложения, дистанционно проучване и производство вече работят. Този последен детектор за графен може да бъде разработка от следващо поколение в тези или други все още непредвидени приложения.

Към този момент, казва Лара-Авила, детекторът на неговата група на графена версия 1.0 все още е чувствително и изискано парче комплект. То няма да роди директно THz технология, която ще намери път в джобовете на потребителите. По-вероятно е, според него, този детектор да бъде поставен в космоса за орбитални телескопи от следващия ген.

„Това е като поговорката, че не трябва да стреляте по комар с оръдие“, казва Лара-Авила. „В този случай графеновият детектор е оръдие. За това се нуждаем от обхват и цел. “