利用光子灯笼实现亚衍射极限天文测量的天上演示

解析天体的精细结构为理解其内在物理过程提供了关键见解。这在一定程度上推动了建造更大望远镜和干涉仪阵列、以及在更短波长观测以降低角分辨率衍射极限的愿望。另一种方法是尝试通过从单个望远镜孔径中提取更多信息来克服衍射极限。一种有前景的方法是空间模式成像，它在探测前将焦平面场投影到一组空间模式上，从而保留在小角尺度上至关重要但通常在强度成像中丢失的焦平面相位信息。然而，从地面实现基于模式的成像在天文学中的实际应用一直受到大气湍流的挑战。在此，我们展示了首次利用安装在昴星团望远镜SCExAO仪器上的光子灯笼（PL）馈送光谱仪进行的亚衍射极限、基于模式的测量的天上演示。我们引入了一种新颖的校准策略，该策略利用同时记录的焦平面图像，并采用光谱差分技术对数据进行自校准，从而减轻时变波前误差和失调效应。观测经典Be星$\beta$ CMi时，我们探测到了光谱差分空间信号，并重建了其H$\alpha$发射盘的图像。我们实现了前所未有的H$\alpha$光心精度，在约10分钟的单望远镜观测中达到50$\mu$as，并首次测量了该盘的近远侧不对称性。这项工作展示了光子模式成像技术在恢复亚衍射极限信息方面的高精度、高效性和实用性，为天文学中的高角分辨率光谱研究开辟了新途径。