通過一項能夠將伽馬射線望遠鏡組合成一個巨大虛擬儀器的新技術,科學家們已經測量了數百光年外單個恒星的直徑。該研究小組使用四個Veritas望遠鏡(非常高能的輻射成像望遠鏡陣列系統))作為一個組合儀器,確定了距離太陽500光年的藍巨星Beta Canis Majoris和距離太陽2000光年的藍超巨星Epsilon Orionis直徑,這是近50年前首次演示的恒星強度干涉測量技術。
如今也會被其他伽馬射線天文臺二次使用,包括即將到來的切倫科夫望遠鏡陣列(CTA),該研究小組由哈佛和史密森天體物理中心(CFA)和猶他大學的天文學家領導,包括DESY的科學家,其研究發現發表在《自然天文學》期刊上。猶他州大學諾蘭·馬修斯說:正確理解恒星物理對于從系外行星研究到宇宙學的大范圍天文領域都很重要,但由于它們與地球的距離很遠,它們經常被視為點光源。
干涉測量學在實現空間分辨恒星所需的角度分辨率方面取得了成功。研究已經展示了用許多望遠鏡陣列進行光學強度干涉測量的能力,這反過來將有助于提高我們對恒星系統的理解。通常,VERITAS望遠鏡會監測天空中當宇宙伽馬射線撞擊地球大氣層時產生的微弱藍色切倫科夫光,然而,這種觀測僅限于黑暗的無月時段,例如研究團隊在2019年12月使用了Veritas卻無法進行正常觀測。
猶他州大學首席研究員David Kieda說:現代電子學允許我們通過計算組合來自每個望遠鏡的光信號。由此產生的巨大虛擬儀器具有足球場大小反射鏡的光學分辨率,這是首次使用光學望遠鏡陣列演示漢伯里·布朗和特維斯的原始技術。研究團隊對這兩顆恒星進行了幾個小時的觀測,測量結果顯示,Beta Canis Majoris的角直徑為0.523毫角秒,Epsilon Orionis的角直徑為0.631毫角秒。
從紐約看巴黎埃菲爾鐵塔頂端一毫角秒大約是一枚兩歐分硬幣的大小。參與VERITAS測量分析的DESY科學家塔里克·哈桑(Tarek Hassan)說:兩顆恒星測量值與之前使用納拉布里望遠鏡(Narrabri)在20世紀70年代進行的相同技術測量結果非常一致。納拉布里望遠鏡是第一批使用恒星強度干涉法進行恒星測量的儀器,于1963年至1974年投入使用。
而Veritas團隊使用數字電子技術展示了對該技術的靈敏度和可擴展性的改進??茖W家們已經證明,幾十臺望遠鏡可以用現代電子學組合在一起。對于未來的切倫科夫望遠鏡陣列來說,這可能是一個有趣的選擇。它將成為世界上最大的伽馬射線天文臺。CTA將以三種大小的伽馬射線望遠鏡為特色,DESY負責中型望遠鏡。哈桑解釋說:CTA將在南半球使用多達99臺基線為千米的望遠鏡,在北半球使用19臺基線為數百米的望遠鏡。
用未來的CTA進行恒星強度干涉測量技術,將使科學家能夠研究具有無與倫比角分辨率的恒星。恒星強度干涉測量法不僅可以使科學家確定恒星的直徑,還可以為恒星表面成像,并測量相互作用的雙星、快速自轉的恒星或造父變星脈動等系統的性質。此前曾用小行星掩星方法測量過天空中一些極小恒星的視直徑,這項新的研究再次表明,伽馬射線望遠鏡及其科學家不僅僅是肉眼看到的。