Asgard/NOTT: Status of laboratory nulling performance

在天文学的核心深处，存在着一个持久的挑战：观测恒星微弱、黯淡的伴星。年轻的巨行星和旋转的尘埃云通常隐藏在母恒星的强光之中，就像试图在探照灯旁发现一只萤火虫一样。为了解决这个问题，天文学家使用了一种称为零陷干涉术（nulling interferometry）的技术。这种技术并非试图用物理屏蔽物来阻挡恒星的光，而是以一种让恒星光波相互抵消的方式，将来自多台望远镜的光进行组合。想象两股水波相遇；如果一波向上推，而另一波在同一时刻向下压，它们就会平复成平静的表面。通过为恒星创造这样一个“黑暗”区域，该仪器便能揭示出附近行星或尘埃环发出的更微弱的光，否则这些光会湮没在强光之中。这种方法对于寻找位于“雪线”（即恒星周围足够寒冷以形成冰层的区域）附近的行星至اً关键，而雪线是理解行星如何诞生的关键位置。

一个研究小组一直致力于开发一种名为 Asgard/NOTT 的新仪器，旨在特定的红外光波段（称为 L' 波段）内执行这种精细的抵消操作。这个波段特别有用，因为在此波段下，恒星与年轻行星之间的对比度更为理想，且来自大气的背景热量比更长波长的波段要低。该仪器依赖于一块由一种被称为硫化镓镧（Gallose Gallium Lanthanum Sulfide）的类玻璃材料制成的微型专用芯片。在这块芯片内部，光线通过微小的通道传输，这些通道充当了光子的“道路”。当来自不同望远镜的光进入这些通道时，它们会汇合并相互干涉。芯片经过精密设计，以确保恒星的光能够完美抵消，而伴星的光则能穿过芯片到达探测器。在将该仪器安装到位于智利的甚大望远镜干涉仪（Very Large Telescope Interferometer）之前，必须在实验室台上对其进行彻底测试，以确保其按预期工作。

在最近的这项工作中，研究人员通过在正常的室温条件下进行测试，迈出了重要的一步，但这次测试带有一个新的转折：他们使用了被分散开的、呈现出其组成颜色的光（即色散光）。之前的测试要么使用宽光谱混合光，要么是在极低温条件下进行的，而这次新测试旨在观察芯片在观察特定颜色光时的表现，同时仍处于实验室环境中。团队构建了一个复杂的测试装置来模拟来自望远镜的光，利用反射镜和透镜将四束光引导进入光子芯片。他们仔细调整了这些光束的位置，并对它们进行扫描，以寻找恒星光线抵消的确切点。为了处理数据，他们开发了一种新的计算机管线来清理图像，去除背景噪声并修正相机传感器上不均匀的光照。

测试结果显示了成功与意外障碍并存的情况。研究人员证实，芯片内部微小的通道按照他们的预期对光进行了分裂，不同的颜色在目标波长范围内表现得非常一致。这是验证芯片本身功能是否正常的关键一步。然而，当他们尝试测量仪器抵消恒星光的能力时，性能并未达到此前在更简单的测试中所见到的水平。他们并没有实现预期的极高黑暗度，而是达到了比预期亮约十倍的“零点”（null）。团队发现，这并不是因为芯片损坏，而是因为进入芯片的光并不完全平衡。内部通道对光的分裂是不均匀的，由于研究人员此前尝试向系统中输入等量的光，导致抵消效果变差。

为了解决这个问题，研究人员意识到他们需要改变方法。在未来的测试中，他们计划有意识地向不同的通道输入略微不同的光量，以补偿芯片内部不均匀的分裂现象。他们还发现，目前去除相机背景噪声的方法并不完美，因为背景光会随时间漂移。他们打算安装一个机械斩波轮，使其能够快速地切换光线的开启与关闭，从而实现实时减去背景噪声。通过这些调整，连同安装最终的、更灵敏的相机以及一个用于冷却系统的低温恒温器，团队期望能够重新测试该仪器，并实现进行真实天文观测所需的高性能抵消。这项工作作为一个至关重要的检查点，证明了虽然核心技术是可靠的，但完善该仪器需要对进入系统的光进行仔细调校，并更好地管理背景噪声。