не перестает) Даже когда на единичном кадре на не всегда есть фотон.
А если этот фотон не придет за время съемки всех кадров? Об этом же вопрос. Ну не способна к примеру конкретная апертура собрать даже одного фотона от столь слабого объекта... Ну допустим один фотон зарегистрируется на одном из тысячи кадров. Ну и что? Его все равно не получится выделить таким методом. То есть у метода существуют принципиальные ограничения связанные с отношением сигнал/шум, суммарным временем регистрации всех кадров и их количеством.
Это не ограничение метода. Это целесообразность его использования для решения задачи.
В вашем примере 10см объектив может заменить 10м телескоп. Только увеличьте время накопления в 10000раз и используйте EMCCD.
Другое дело, что потребуется несколько лет чтобы сделать то, что требует получаса на 10м телескопе.
А вот разница с 1м телескопом уже не так велика. Всего то в 100 раз дольше. Ну и EMCCD. На обычных ПЗС сложение не так уж хорошо работает - шум считывания велик.