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伽马射线望远镜测量遥远恒星的直径

通过重新启用一项能够将专门的伽马射线望远镜结合到一个巨大的虚拟仪器上的技术,科学家们已经测量了数百光年外单个恒星的直径。该小组使用了美国的四个VERITAS望远镜(非常高能辐射成像望远镜阵列系统)作为一个组合仪器,来确定大角星(距离太阳500光年的蓝色巨星)和小角星(距离太阳2000光年的蓝色超巨星)的大小。近50年前首次展示的恒星强度干涉测量技术,也可以作为其他伽马射线天文台的二次应用,包括即将推出的切伦科夫望远镜阵列(Cherenkov Telescope Array, CTA)。由哈佛和史密森天体物理中心(CfA)和犹他大学的天文学家领导的团队,包括来自DESY的科学家在《自然天文学》杂志上报告了他们的发现。

犹他大学的诺兰·马修斯说:“对恒星物理的正确理解对于从系外行星研究到宇宙学的大范围天文领域来说是很重要的,但由于它们距离地球很远,所以经常被看作是点光源。”“干涉测量法在实现空间分辨恒星所需的角度分辨率方面已经取得了广泛的成功,我们已经展示了利用一系列望远镜进行光学强度干涉测量的能力,这反过来将有助于提高我们对恒星系统的理解。”

通常情况下,VERITAS的望远镜观察天空中切伦科夫光的微弱蓝色闪光,这是宇宙伽马射线撞击地球大气层时产生的。然而,这些观测仅限于没有月亮的黑暗时间。该团队利用了VERITAS无法在2019年12月进行正常观测的时间。“现代电子技术使我们能够计算结合来自每个望远镜的光信号。由此产生的仪器的光学分辨率相当于一个足球场大小的反射器。“这是利用光学望远镜阵列首次展示汉伯里布朗和特维斯的原始技术。”

该小组对这两颗恒星进行了数小时的观测。测量结果是大犬座角直径为0.523毫弧秒,猎鹰座角直径为0.631毫弧秒。从纽约看,一毫弧秒大约是两欧元硬币在巴黎埃菲尔铁塔顶上的大小。“这两颗恒星的测量值与上世纪70年代Narrabri望远镜用同样的技术所做的测量结果非常一致,”参与分析“真爱”测量结果的DESY科学家Tarek Hassan说。纳拉伯里望远镜是第一批使用恒星强度干涉测量法进行恒星测量的仪器,运行时间从1963年到1974年。VERITAS团队演示了该技术的敏感性和使用数字电子技术的可扩展性的改进。

科学家们已经证明,几十台望远镜可以用现代电子设备组合在一起。这可能是未来切伦科夫望远镜阵列的一个有趣的选择。它将成为世界上最大的伽马射线观测站。CTA将以三种规格的伽马射线望远镜为特色,DESY负责中型望远镜。哈桑说:“CTA将在南半球使用99个基线为千米的望远镜,在北半球使用19个基线为几百米的望远镜。”“用未来的CTA进行恒星强度干涉测量,将使我们能够以无与伦比的角度分辨率研究恒星。”

强度干涉术不仅能让科学家们确定恒星的直径,还能给恒星表面成像,测量系统的特性,比如相互作用的双星、快速旋转的恒星,或者造父变星的脉动等等。在之前用小行星掩星法测量了天空中一些非常小的恒星的表面直径后,这项新的研究进一步说明了伽马射线望远镜和科学家们所看到的远不止这些。

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