Vega 的亚 35 皮秒单光子恒星强度干涉测量

中文摘要 AI 辅助

恒星强度干涉测量（SII）通过关联强度波动来测量恒星光球层，为基于振幅的技术提供了一种稳健的替代方案。随着现代单光子计数探测器的出现，该方法凭借其超高时间分辨率，在恒星干涉测量中重新成为一种强大的技术。我们利用在蔚蓝海岸天文台 C2PU 设施测量的空间强度关联，确定了 Vega 在 405 纳米波长的恒星直径。我们采用了与 Leopold 等人（2025 年）相同的装置。2024 年 4 月和 8 月的两次观测活动分别使用了混合光电探测器（HPD；22.7 皮秒分辨率）和新型 PhotonPix 探测器（34.8 皮秒分辨率）。一台 Photonscore TDC 记录了光子到达时间，并使用 IRIG-B 时间戳进行同步。我们的分析包括计算记录数据的自相关和互相关直方图，然后对其进行归一化并校正光程差。时间自相关得到一致的相干时间为 0.21 皮秒。这证实了 PhotonPix 探测器的有效性，尽管其时间分辨率相对于 HPD 略有下降。结合两次观测活动的数据，得出 Vega 的均匀圆盘直径为 2.97 ± 0.23 毫角秒。这与恒星大气模型在我们观测波长下预测的 3.047 毫角秒直径相符，验证了我们的技术以及新型 PhotonPix 探测器在亚 35 皮秒分辨率下进行精密 SII 测量的能力。将 PhotonPix 等先进单光子探测器集成到现有的 IACT SII 仪器中，有望大幅提高信噪比和观测能力，尤其是在 CTA LST 中。尽管夜空背景饱和以及精确定位和引导等挑战依然存在，但视星等高达 7.8 的 SII 观测已可实现。

英文摘要

SII enables measurements of stellar photospheres by correlating intensity fluctuations, offering a robust alternative to amplitude-based techniques. With the advent of modern single-photon counting detectors, this method has re-emerged as a powerful technique in stellar interferometry exploiting their ultra-high timing resolution. We determine the stellar diameter of Vega at 405 nm using spatial intensity correlations measured at the C2PU facility, part of the Observatoire de la Cote d'Azur. We employed a setup identical to Leopold et al. (2025). The two campaigns in April and August 2024 used hybrid photodetectors (HPDs; 22.7 ps resolution) and new PhotonPix detectors (34.8 ps resolution). A Photonscore TDC integrated photon arrival times and IRIG-B timestamps for synchronization. Our analysis consisted of calculating auto- and cross-correlation histograms from the recorded data, which were then normalized and corrected for optical path differences. The temporal auto-correlations yield a consistent coherence time of 0.21 ps. This confirms the effectiveness of the PhotonPix detectors despite a slight degradation in timing resolution relative to the HPDs. Combining the data from the two measurement campaigns yields a uniform disk diameter of Vega of 2.97 +/- 0.23 mas. This agrees with the 3.047 mas diameter predicted by the stellar atmosphere model at our observation wavelength, validating our technique and the new PhotonPix detectors for precision SII at sub-35 ps resolution. The integration of advanced single-photon detectors like the PhotonPix into existing IACT SII instruments promises substantial enhancements in signal-to-noise ratio and observational capabilities, particularly with CTA LSTs. Although challenges such as night sky background saturation and precise positioning and guiding remain, SII observations at apparent magnitudes up to 7.8 are within reach.

发表机构

• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)（埃尔朗根-纽伦堡大学）
• Photonscore GmbH（Photonscore有限公司）
• Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange（蔚蓝海岸大学、蔚蓝海岸天文台、法国国家科学研究中心、拉格朗日实验室）
• Embry-Riddle Aeronautical University（埃默里·里德尔航空航天大学）

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