网站首页精选百科 > 正文

用于计数遥远星系中单个光子的复兴技术

2024-08-03 11:00:29 精选百科来源：

导读研究人员利用 4.1 米南方天体物理研究望远镜上的仪器，利用跳跃电荷耦合器件 (CCD) 获得了第一个天文光谱。6 月 16 日，芝加哥大学...

研究人员利用 4.1 米南方天体物理研究望远镜上的仪器，利用跳跃电荷耦合器件 (CCD) 获得了第一个天文光谱。

6 月 16 日，芝加哥大学物理学博士生、费米实验室 DOE 研究生仪器研究奖研究员 Edgar Marrufo Villalpando 在日本光学仪器工程师学会天文望远镜+仪器会议上公布了这一结果。

“这是skipper-CCD技术的一个重要里程碑，”领导该项目的美国费米国家加速器实验室宇宙学家亚历克斯·德利卡-瓦格纳 (Alex Drlica-Wagner) 表示。“它有助于消除未来使用该技术的已知风险，这对未来的宇宙学项目至关重要。”

对于费米实验室实验室指导研究与开发计划与 NSF 的 NOIRLab 探测器小组合作构想和发起的项目而言，这是一个重要成就。LDRD 是一项由美国赞助的国家计划，允许国家实验室内部资助探索新想法或新概念的研究与开发项目。

CCD 于 1969 年在美国发明，四十年后，科学家因这项成就获得了诺贝尔物理学奖。该设备是二维感光像素阵列，可将入射光子转换为电子。传统 CCD 是最早用于数码相机的图像传感器，它们仍然是许多科学成像应用(如天文学)的标准，尽管它们的精度受到电子噪声的限制。

宇宙学家试图通过研究恒星和星系的分布来了解暗物质和暗能量的神秘本质。要做到这一点，他们需要先进的技术，以尽可能少的噪音来观察更暗、更远的天文物体。

现有的 CCD 技术可以进行这些测量，但需要很长时间或效率较低。因此，天体物理学家必须要么增加信号(即在世界上最大的望远镜上投入更多时间)，要么降低电子噪声。

Skipper CCD 于 1990 年推出，旨在将电子噪声降低到允许测量单个光子的水平。它们通过对感兴趣的像素进行多次测量并跳过其余像素来实现这一点。这种策略使 Skipper CCD 能够提高图像中感兴趣区域的测量精度，同时减少总读出时间。

2017年，科学家率先将skipper CCD用于SENSEI和OSCURA等暗物质实验，但今天的演讲展示的是该技术首次用于观察夜空和收集天文数据。

3 月 31 日和 4 月 9 日，研究人员使用 SOAR 积分场光谱仪中的跳跃式 CCD 收集了来自星系团、两个遥远类星体、一个具有明亮发射线的星系以及可能与暗物质主导的超暗星系相关的恒星的天文光谱。在天体物理 CCD 观测中，他们首次实现了亚电子读出噪声并计算了光学波长下的单个光子。

“令人难以置信的是，这些光子从数十亿光年外的物体传播到我们的探测器，我们可以单独测量每一个光子，”马鲁福·维拉尔潘多说。

研究人员正在分析这些首次观测的数据，SOAR 望远镜上的 skipper-CCD 仪器的下一次运行计划是在 2024 年 7 月。

“Skipper 诞生已经几十年了，我很惊讶看到这项技术在几十年后再次焕发活力，”Skipper CCD 的发明者、加州研究机构 SRI International 的杰出工程师 Jim Janesick 说道。“噪音结果令人惊叹!当我看到非常干净的数据时，我都从座位上摔下来了。”

“Skipper 诞生至今已数十年，我很惊讶看到这项技术再次焕发活力，”Skipper CCD 发明者、加州研究机构 SRI International 杰出工程师 Jim Janesick 说道。“噪声结果令人惊叹!当我看到非常干净的亚电子噪声数据时，我惊呆了。”

随着 skipper-CCD 技术在天体物理学领域的首次成功演示，科学家们已经开始着手改进它。费米实验室和劳伦斯伯克利国家实验室开发的下一代 skipper CCD 比现有设备快 16 倍。这些新设备将大大缩短读出时间，研究人员已经开始在实验室中测试它们。

版权说明： 本文由用户上传，如有侵权请联系删除！

标签：