馬克斯普朗克研究所使用SPECTRUM儀器數(shù)字化儀遠(yuǎn)距離測(cè)量恒星直徑

據(jù)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2021.11.11報(bào)道—— 超潔凈的信號(hào)處理和納秒級(jí)的數(shù)據(jù)精度使得世界上最大的切倫科夫望遠(yuǎn)鏡達(dá)到了前所未有的靈敏度

德國(guó)格羅斯?jié)h斯多爾夫,2021年11月24日訊——建造在加納利群島拉帕爾馬島上的MAGIC望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)觀測(cè)宇宙中發(fā)射的高能伽馬射線的,，例如超新星或黑洞,。天文學(xué)家還使用雙望遠(yuǎn)鏡研究恒星整個(gè)生命周期的直徑變化。這個(gè)任務(wù)對(duì)地面望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)極具挑戰(zhàn),，因?yàn)楹阈堑慕侵睆胶苄,。簝H有幾毫弧秒,。這相當(dāng)于從紐約看埃菲爾鐵塔頂上的一枚硬幣。即使是全球最大的望遠(yuǎn)鏡也無(wú)法直接測(cè)量它們,。所以研究人員結(jié)合多個(gè)數(shù)十米距離外的望遠(yuǎn)鏡發(fā)出來(lái)的光來(lái)記錄物體的光強(qiáng)度——這種技術(shù)叫做強(qiáng)度干涉測(cè)量法,。不過(guò)，因?yàn)檫@些信號(hào)都很弱以致它們會(huì)被任何雜散信號(hào)和干擾淹沒(méi),。在對(duì)幾種數(shù)字化儀卡的性能綜合評(píng)估之后,，Spectrum 儀器M4i.4450-x8脫穎而出。

圖 1 兩個(gè)MAGIC伽馬射線望遠(yuǎn)鏡位于拉帕爾馬島海拔2200多米的地方

馬克斯普朗克物理研究所負(fù)責(zé)該項(xiàng)目電子開(kāi)發(fā)的 David Fink 說(shuō)道：“我們發(fā)現(xiàn)這些采集卡不僅在我們測(cè)試的所有PC卡有最低的雜散信號(hào)和串?dāng)_水平，而且每張卡的性能表現(xiàn)也都一樣”,。當(dāng)你試圖比較每個(gè)望遠(yuǎn)鏡所發(fā)出信號(hào)之間的差異時(shí),，性能表現(xiàn)尤為重要。這項(xiàng)技術(shù)對(duì)通道之間的信號(hào)和串?dāng)_非常敏感,，包括從光學(xué)傳感器到嵌入數(shù)字化儀卡的PC中采集到的一切信號(hào),。確切地說(shuō)，Spectrum儀器提供的這些卡讓我們能夠精確地測(cè)量納秒時(shí)間段的光強(qiáng)波動(dòng),，這比20世紀(jì)70年代的納拉布里干涉儀的精確度高出大約十倍,。

“選擇Spectrum儀器數(shù)字化儀卡的另一個(gè)重要原因是其產(chǎn)品卓越的可靠性。這些卡片由在西班牙加納利群島拉帕爾馬島高山上的兩只望遠(yuǎn)鏡定位,，如果有問(wèn)題要換一塊新卡并不容易,。此外，還有儀器停機(jī)和損失觀測(cè)時(shí)間的代價(jià),。Spectrum儀器為旗下產(chǎn)品提供長(zhǎng)達(dá)五年的保修期以示他們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性信心十足,，這一點(diǎn)我們從科學(xué)領(lǐng)域的其他用戶那里得到證實(shí)。最后,，Spectrum儀器承諾他們?cè)谖迥瓯Ｐ奁谶^(guò)后仍然會(huì)負(fù)責(zé)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行維護(hù),。這一點(diǎn)讓我感到很安心，因?yàn)殚L(zhǎng)期項(xiàng)目的原始核心部件如果不再可用,，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將會(huì)面臨花大力氣開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)的情況,。”

由于需要處理大量數(shù)據(jù),，該系統(tǒng)使用Spectrum儀器研發(fā)的SCAPP軟件(Spectrum儀器CUDA并行處理訪問(wèn)),。這種方式將所有從數(shù)字化儀收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到NVIDE PC 顯卡，而不是電腦CPU為8或16的處理器核心,。因?yàn)镚PU圖像處理器高達(dá)5000核,，能夠進(jìn)行更快速的數(shù)據(jù)處理。在500MS/s高分辨率下,，錄制運(yùn)行仍然可以進(jìn)行,。

一顆遙遠(yuǎn)恒星的直徑是通過(guò)將從恒星發(fā)出的不同光線的進(jìn)行數(shù)字化來(lái)測(cè)量的。然后在觀測(cè)期計(jì)算和平均互相關(guān),，以確定其變量作為兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡之間的距離的函數(shù),。恒星的幾何形狀會(huì)隨著它在天空中的移動(dòng)而發(fā)生變化。測(cè)量一個(gè)形狀需要沿著多個(gè)軸折線圖進(jìn)行觀察,。

背景

成像大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡（IACTs）反射很強(qiáng),，對(duì)光子產(chǎn)生的幾個(gè)光電子信號(hào)的響應(yīng)為一納秒量級(jí)。這意味著它們非常適合用于光學(xué)干涉量度觀察,。得益于對(duì)可見(jiàn)波長(zhǎng)的靈敏度和IACT長(zhǎng)基線光強(qiáng)干涉測(cè)量,，可實(shí)現(xiàn)角分辨率從幾十到幾微角秒的,。該項(xiàng)目在兩個(gè)直徑為17米的IACT的攝像頭上安裝了一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)裝置，并在兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡上觀察測(cè)量三顆不同恒星的光子強(qiáng)度的相干波動(dòng),。

圖 2 MAGIC（神奇伽馬射線望遠(yuǎn)鏡）世界上最大的大氣切倫科夫望遠(yuǎn)鏡,，每個(gè)望遠(yuǎn)鏡的直徑為17米

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