天文學家剛剛捕捉到了有史以來最清晰的遙遠恆星圖像

• 從單個望遠鏡獲得更清晰的視野： 天文學家通常將多個望遠鏡連接在一起，以獲得遙遠恆星和星系的最清晰圖像。加州大學洛杉磯分校領導的團隊現在掌握了這位明星破紀錄的細節 小犬貝塔 使用配備了稱為光子手電筒的突破性裝置的單一望遠鏡。
• 工作原理： 光子手電筒將星光分成許多精細的通道，捕捉微妙的空間圖案。然後，先進的計算技術將這些通道組合起來，重建出充滿細節的高分辨率圖像，否則這些細節就會丟失。
• 天文學的新領域： 這種創新方法可以讓科學家探索比以往更小、更微弱和更遙遠的物體，為宇宙隱藏結構提供新的見解並引發新的發現。

單台望遠鏡的前視

天文學家首次在地面望遠鏡上使用一種新的成像方法，對遙遠恆星周圍的圓盤進行最詳細的觀察。由加州大學洛杉磯分校研究人員領導的這一突破揭示了以前未見過的隱藏結構。這一進展為科學家研究恆星、行星和其他天體的更精細細節開闢了道路，改變了我們探索宇宙的方式。

望遠鏡顯示微弱或遙遠物體的能力取決於其大小。更大的望遠鏡可以收集更多的光來看到更暗的目標並產生更清晰的圖像。通常通過將多個望遠鏡連接在一起形成一個陣列來獲得最高水平的細節。長期以來，建造或連接這些大型儀器一直是實現發現新宇宙特徵所需精度的關鍵。

用光子手電筒利用光

使用一種稱為光子手電筒的設備，天文學家現在可以更好地利用望遠鏡收集的光來創建極高分辨率的圖像。這一進展的細節出現在今年 天體物理學期刊通訊。

“在天文學中，圖像中最清晰的細節通常是通過將望遠鏡連接在一起來獲得的。但我們通過將望遠鏡的光輸入特殊設計的光纖（稱為光子手電筒）來用單個望遠鏡做到這一點。該設備根據星光的漲落模式分裂星光，保留否則會在恆星中丟失的微妙細節，”第一作者、加州大學洛杉磯分校博士候選人 Yoo Jung Kim 說。

光子手電筒根據光波前的形狀將入射光分成多個通道，類似於分離和弦的音符。它還將光分為多種顏色，形成彩虹般的光譜。該設備由悉尼大學和中佛羅里達大學設計和建造，是巴黎天文台和夏威夷大學開發和管理的 FIRST-PL 儀器的一部分。該系統安裝在夏威夷斯巴魯望遠鏡的斯巴魯日冕極端自適應光學儀器上，該望遠鏡由日本國家天文台運營。

“最令我興奮的是，該儀器將最先進的光子學與在夏威夷完成的精密工程結合在一起，”幫助建造該儀器的夏威夷大學空間科學與工程計劃的教員塞巴斯蒂安·維瓦德 (Sebastien Vievard) 說。 “它展示了全球跨學科的合作如何真正改變我們看待宇宙的方式。”

超越傳統圖像的限制

這種分離和分析光線的方法提供了一種觀察細節的新方法，實現了比傳統望遠鏡相機更清晰的分辨率。

加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授邁克爾·菲茨杰拉德說：“對於任何給定尺寸的望遠鏡，光的波動性限制了用成像相機觀察到的細節的精細度。這稱為衍射極限，我們的團隊一直在使用光子燈籠來突破這個極限。”

加州理工學院這項研究的聯合負責人 Nemanja Jovanovic 表示：“這項工作展示了光子技術在天文學中實現新型測量的潛力。” “我們才剛剛開始。可能性確實令人興奮。”

一開始，研究人員面臨著一個巨大的挑戰：地球大氣層的湍流。與炎熱天氣下遙遠的地平線起伏的閃爍效果相同，星光在空氣中傳播時閃爍和扭曲。為了糾正這個問題，斯巴魯望遠鏡團隊使用了自適應光學技術，這種技術可以不斷調整以消除這些扭曲並實時穩定光波。

“我們需要一個非常穩定的環境來使用這種光纖測量和檢索空間信息，”金說。 “即使使用自適應光學器件，光子手電筒對波前波動也非常敏感，因此我必須開發一種新的數據處理技術來濾除剩餘的大氣湍流。”

詳細探索小犬貝塔 (Beta Canis Minor)

研究小組通過觀測位於小犬座、距我們約 162 光年的貝塔星小犬座 (β CMi) 來測試他們的技術。這顆恆星被快速旋轉的氫盤包圍。當圓盤中的氣體移動時，由於多普勒效應（與改變行駛中的汽車聲音的音調相同的現象），面向地球的一側顯得更藍，而背對地球的一側顯得更紅。這些顏色變化會根據星光的波長稍微改變星光的表觀位置。

研究人員應用新的計算方法，以比以前高五倍的精度測量這些基於顏色的位置變化。除了確認圓盤的旋轉之外，他們還發現它是傾斜的。

金說：“我們沒想到會檢測到這種不對稱性，這將取決於對這些系統進行建模的天體物理學家來解釋它的存在。”

看待宇宙的新方式

這種創新方法將使天文學家能夠以前所未有的清晰度觀察更小、更遠的物體。它可以幫助解決長期存在的宇宙謎團，並且就像圍繞 β CMi 的西班牙圓盤一樣，發現全新的謎團。

該項目涉及國際合作，來自夏威夷大學空間科學與工程計劃、日本國家天文台、加州理工學院、亞利桑那大學、日本天體生物學中心、巴黎天文台、中佛羅里達大學、悉尼大學和加州大學聖克魯斯分校的科學家。