On-sky demonstration of dual-field interferometry at the CHARA Array
本文报告了在 CHARA 星列上成功进行的双场干涉观测演示，其中 MIRC-X 和 MYSTIC 合束器同时追踪一颗明亮的参考星并解析一个较暗的离轴目标，以实现高精度天体测量学，同时也概述了旨在将此能力扩展至更暗科学目标的未来升级计划。
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为了观测宇宙中最精细的细节，天文学家经常需要将多台望远镜连接在一起，从而创建一个其宽度等同于望远镜间距的虚拟仪器。这种被称为干涉测量术的技术，使科学家能够分辨出遥远恒星上微小的结构，否则这些结构在观测中仅表现为单纯的光点。然而，地球的大气层是一层不断扭曲入射星光的湍流毯，导致用于此类测量的精密干涉图样在不到一秒钟的时间内就会变得模糊并消失。传统上，这意味着天文学家只能对亮星进行极短时间的观测，从而限制了他们研究更暗淡、更难以捉摸的天体（如遥远的伴星或系外行星）的能力。长久以来的挑战在于，如何让望远镜的“视力”保持足够长时间的稳定，以便从这些暗弱目标中收集足够的足够光线，而不至于被大气噪声冲刷掉信号。
位于加利福尼亚州威尔逊山上的六台望远镜集群——CHARA阵列的研究团队，现在成功展示了一种克服这一障碍的新方法。通过利用一颗附近的亮星作为实时引导，他们证明了在追踪一颗恒星的大气扭曲的同时，能够同步对一颗暗得多得多的伴星进行长时间、稳定的观测。这种“双场”方法有效地将对亮目标的依赖与对长时观测的需求解耦，为研究那些此前因太暗而无法进行如此精细研究的天体打开了大门。
该团队在2025年夏季利用一个被称为毕宿五阿尔法（alpha Piscium）的三星系统对这一新功能进行了测试。这是一个等级化的排列系统，意味着它包含一个宽距离的双星对，其中之一本身又是一个紧密的联星对。研究人员使用了连接到同一组六台望远镜上的两种不同仪器。其中一种仪器，MIRC-X，锁定在较亮的初级星上作为参考，每秒进行数千次大气抖动的测量。这些测量结果被用于实时修正光路。与此同时，第二种仪器，MYSTIC，利用这些相同的修正措施，在红外光谱部分观测较暗的伴星。由于参考星保持了系统的稳定，第二种仪器可以比平时更长时间地累积来自暗弱伴星的光线，从而分辨出原本会丢失的细节。
首次测试的结果立竿见影且十分精确。团队成功分辨出了伴星内部的联星对，将两颗仅相距七千分之一角秒的恒星分离开来。为了直观理解这个距离，这大约相当于从数百英里外看到一枚硬币的大小。此外，通过比较系统中两颗主要恒星的位置，团队测得它们的间距，其不确定度仅为234微角秒。这种精度的实现证实了整个操作链——从同时捕捉两颗恒星的光线到稳定干涉条纹并记录数据——均按预期正常运行。
虽然最初的成功使用的是亮度相当的两颗恒星，但这项技术的真正目标是观测比其参考星显著更暗的天体。研究人员目前正在努力突破这种灵敏度的极限。他们开发了能够追踪不同颜色红外光相位特征的软件，以确保即使在大气发生偏移时系统仍能保持稳定。早期测试表明，该系统可以保持极小的误差进行稳定锁定，这是观测暗弱目标至关重要的一步。然而，目前的设置仍受限于其能够获取的恒星亮度，以及仪器本身在长曝光期间产生的热噪声。
为了触及更暗的目标，团队计划进行几项硬件升级。他们打算更换用于寻找和追踪恒星的相机，改用一种能探测更暗天体的更灵敏型号，这有望将可观测恒星的范围从目前的量级大幅提升。他们还计划冷却探测器并移除仪器中的热窗口，以减少目前淹没暗弱信号的背景热量。此外，他们旨在改进望远镜上的自适应光学系统（该系统用于校正大气模糊），以确保更多来自暗弱伴星的光线进入仪器。
计算机模拟表明，通过这些升级，该系统最终可以观测到K波段下量级为13的暗弱恒星，这相对于目前约8或9的量级是一个显著的飞跃。这将允许天文学家去搜寻那些轨道上存在暗弱伴星（如棕矮星或系外行星）的恒星，而这些恒星目前因太暗而无法被研究。团队已经开始收集数据以测试这些灵敏度极限，虽然全面的分析仍在进行中，但前进的方向已非常明确。通过将一颗亮星转化为引导观察更暗邻居的“灯塔”，CHARA阵列正在改变我们观测宇宙邻里中那些隐藏且暗淡组成部分的方式。
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