面向下一代射电望远镜的通用高效电场并行成像相关器

现代射电望远镜倾向于采用大量天线（$N_\textrm{A}\gtrsim 1000$）的密集阵列布局。由于传统相关器的复杂度随 $\mathcal{O}(N_\textrm{A}^2)$ 缩放，实现这些强大仪器的全部成像潜力将面临陡峭成本。通过我们的通用高效电场并行成像相关器（EPIC），我们展示了广义直接成像算法的首个软件演示，即模块化最优频率傅里叶（MOFF）成像器。它不仅将密集布局的成本降至 $\mathcal{O}(N_\textrm{A}\log_2 N_\textrm{A})$，还能从不规则布局和异构天线阵列成像。EPIC 高度模块化、可并行化、用面向对象 Python 实现并公开可用。我们已验证所产生的图像与传统技术等效，精度由网格粗粒度设定。我们还利用长波长阵列（LWA1）的观测数据验证了实现。我们提供了异构阵列成像的详细框架，并表明 EPIC 能稳健估计此类阵列的输入天空模型。具有密集填充因子及大量天线的天线布局，如 LWA、平方公里阵列（Square Kilometre Array）、氢再电离时代阵列（Hydrogen Epoch of Reionization Array）和加拿大氢强度测绘实验（Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment），将通过部署优化版 EPIC 获得显著计算优势。由于能提供高速校准时域图像以及相对于基于可见度系统的较低输出带宽，该算法成为针对快速射电暴（FRB）瞬变搜索以及行星与系外行星现象仪器的强候选。