Ночное небо не такое уж тёмное. Даже вдали от городов оно слабо светится — это мешает астрономам ловить слабые вспышки от далёких космических лучей. Наземные гамма-телескопы, такие как MAGIC на Канарских островах, используют большие зеркала и чувствительные датчики, чтобы уловить крошечные вспышки синего света — черенковское излучение, которое возникает, когда частицы сверхвысоких энергий врезаются в атмосферу.
Раньше в камерах телескопов стояли фотоумножители — вакуумные лампы, которые усиливают слабый свет. Теперь появились кремниевые фотоумножители (SiPM) — полупроводниковые чипы, которые ловят свет эффективнее. Но у них есть особенность: они лучше видят красный и инфракрасный свет, а ночное небо как раз сильнее светится в этих длинах волн. Получается, что новый датчик собирает и больше полезного сигнала, и больше шума.
Но есть и другой путь. Вместо того чтобы усиливать слабый сигнал, можно сразу считать отдельные фотоны — как цифровая камера. Такие матрицы из множества крошечных лавинных диодов (SPAD) уже разрабатывают в лабораториях. Они обещают выжать максимум из каждого фотона и, возможно, сделать будущие гамма-телескопы ещё зорче.
Идея проста: чем точнее датчик отличает полезный свет от ночного шума, тем глубже телескоп заглядывает во Вселенную. Это как слушать тихий голос в шумной комнате — нужен не просто чувствительный микрофон, а умный, отсеивающий гул.
Кремниевые фотоумножители настолько чувствительны, что могут заметить одиночный фотон — как если бы вы увидели свет одной спички на расстоянии в сто километров.