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

據(jù)當?shù)貢r間2021.11.11報道—— 超潔凈的信號處理和納秒級的數(shù)據(jù)精度使得世界上最大的切倫科夫望遠鏡達到了前所未有的靈敏度

德國格羅斯?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望遠鏡是用來觀測宇宙中發(fā)射的高能伽馬射線的,，例如超新星或黑洞,。天文學家還使用雙望遠鏡研究恒星整個生命周期的直徑變化。這個任務(wù)對地面望遠鏡來說極具挑戰(zhàn),，因為恒星的角直徑很?。簝H有幾毫弧秒,。這相當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鏡也無法直接測量它們,。所以研究人員結(jié)合多個數(shù)十米距離外的望遠鏡發(fā)出來的光來記錄物體的光強度——這種技術(shù)叫做強度干涉測量法,。不過，因為這些信號都很弱以致它們會被任何雜散信號和干擾淹沒,。在對幾種數(shù)字化儀卡的性能綜合評估之后,，Spectrum 儀器M4i.4450-x8脫穎而出。

圖 1 兩個MAGIC伽馬射線望遠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責該項目電子開發(fā)的 David Fink 說道：“我們發(fā)現(xiàn)這些采集卡不僅在我們測試的所有PC卡有最低的雜散信號和串擾水平,，而且每張卡的性能表現(xiàn)也都一樣”,。當你試圖比較每個望遠鏡所發(fā)出信號之間的差異時，性能表現(xiàn)尤為重要,。這項技術(shù)對通道之間的信號和串擾非常敏感,，包括從光學傳感器到嵌入數(shù)字化儀卡的PC中采集到的一切信號。確切地說,，Spectrum儀器提供的這些卡讓我們能夠精確地測量納秒時間段的光強波動,，這比20世紀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鏡定位,，如果有問題要換一塊新卡并不容易。此外,，還有儀器停機和損失觀測時間的代價,。Spectrum儀器為旗下產(chǎn)品提供長達五年的保修期以示他們對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性信心十足,，這一點我們從科學領(lǐng)域的其他用戶那里得到證實。最后,，Spectrum儀器承諾他們在五年保修期過后仍然會負責對產(chǎn)品進行維護,。這一點讓我感到很安心,，因為長期項目的原始核心部件如果不再可用,，研發(fā)團隊將會面臨花大力氣開發(fā)新系統(tǒng)的情況?！?/p>

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)。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,。因為GPU圖像處理器高達5000核，能夠進行更快速的數(shù)據(jù)處理,。在500MS/s高分辨率下,，錄制運行仍然可以進行。

一顆遙遠恒星的直徑是通過將從恒星發(fā)出的不同光線的進行數(shù)字化來測量的,。然后在觀測期計算和平均互相關(guān),，以確定其變量作為兩個望遠鏡之間的距離的函數(shù)。恒星的幾何形狀會隨著它在天空中的移動而發(fā)生變化,。測量一個形狀需要沿著多個軸折線圖進行觀察,。

背景

成像大氣切倫科夫望遠鏡（IACTs）反射很強，對光子產(chǎn)生的幾個光電子信號的響應(yīng)為一納秒量級,。這意味著它們非常適合用于光學干涉量度觀察,。得益于對可見波長的靈敏度和IACT長基線光強干涉測量，可實現(xiàn)角分辨率從幾十到幾微角秒的,。該項目在兩個直徑為17米的IACT的攝像頭上安裝了一個簡單的光學裝置,，并在兩臺望遠鏡上觀察測量三顆不同恒星的光子強度的相干波動。

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