马克斯普朗克研究所使用SPECTRUM仪器数字化仪远距离测量恒星直径

据当地时间2021.11.11报道—— 超洁净的信号处理和纳秒级的数据精度使得世界上最大的切伦科夫望远镜达到了前所未有的灵敏度

德国格罗斯汉斯多尔夫,2021年11月24日讯——建造在加纳利群岛拉帕尔马岛上的MAGIC望远镜是用来观测宇宙中发射的高能伽马射线的，例如超新星或黑洞。天文学家还使用双望远镜研究恒星整个生命周期的直径变化。这个任务对地面望远镜来说极具挑战，因为恒星的角直径很小：仅有几毫弧秒。这相当于从纽约看埃菲尔铁塔顶上的一枚硬币。即使是全球最大的望远镜也无法直接测量它们。所以研究人员结合多个数十米距离外的望远镜发出来的光来记录物体的光强度——这种技术叫做强度干涉测量法。不过，因为这些信号都很弱以致它们会被任何杂散信号和干扰淹没。在对几种数字化仪卡的性能综合评估之后，Spectrum 仪器M4i.4450-x8脱颖而出。

图 1 两个MAGIC伽马射线望远镜位于拉帕尔马岛海拔2200多米的地方

马克斯普朗克物理研究所负责该项目电子开发的 David Fink 说道：“我们发现这些采集卡不仅在我们测试的所有PC卡有最低的杂散信号和串扰水平，而且每张卡的性能表现也都一样”。当你试图比较每个望远镜所发出信号之间的差异时，性能表现尤为重要。这项技术对通道之间的信号和串扰非常敏感，包括从光学传感器到嵌入数字化仪卡的PC中采集到的一切信号。确切地说，Spectrum仪器提供的这些卡让我们能够精确地测量纳秒时间段的光强波动，这比20世纪70年代的纳拉布里干涉仪的精确度高出大约十倍。

“选择Spectrum仪器数字化仪卡的另一个重要原因是其产品卓越的可靠性。这些卡片由在西班牙加纳利群岛拉帕尔马岛高山上的两只望远镜定位，如果有问题要换一块新卡并不容易。此外，还有仪器停机和损失观测时间的代价。Spectrum仪器为旗下产品提供长达五年的保修期以示他们对产品质量和可靠性信心十足，这一点我们从科学领域的其他用户那里得到证实。最后，Spectrum仪器承诺他们在五年保修期过后仍然会负责对产品进行维护。这一点让我感到很安心，因为长期项目的原始核心部件如果不再可用，研发团队将会面临花大力气开发新系统的情况。”

由于需要处理大量数据，该系统使用Spectrum仪器研发的SCAPP软件(Spectrum仪器CUDA并行处理访问)。这种方式将所有从数字化仪收集到的数据发送到NVIDE PC 显卡，而不是电脑CPU为8或16的处理器核心。因为GPU图像处理器高达5000核，能够进行更快速的数据处理。在500MS/s高分辨率下，录制运行仍然可以进行。

一颗遥远恒星的直径是通过将从恒星发出的不同光线的进行数字化来测量的。然后在观测期计算和平均互相关，以确定其变量作为两个望远镜之间的距离的函数。恒星的几何形状会随着它在天空中的移动而发生变化。测量一个形状需要沿着多个轴折线图进行观察。

背景

成像大气切伦科夫望远镜（IACTs）反射很强，对光子产生的几个光电子信号的响应为一纳秒量级。这意味着它们非常适合用于光学干涉量度观察。得益于对可见波长的灵敏度和IACT长基线光强干涉测量，可实现角分辨率从几十到几微角秒的。该项目在两个直径为17米的IACT的摄像头上安装了一个简单的光学装置，并在两台望远镜上观察测量三颗不同恒星的光子强度的相干波动。

图 2 MAGIC（神奇伽马射线望远镜）世界上最大的大气切伦科夫望远镜，每个望远镜的直径为17米