Credit imagine: ESO
O echipă de ingineri de la Observatorul European din Sud a testat recent o nouă instalație de optică adaptivă pe foarte mare telescop (VLT) la Observatorul Paranal din Chile. Această tehnologie adaptează imaginile luate de telescop pentru a elimina denaturarea provocată de atmosfera Pământului? de parcă ar fi fost văzuți din spațiu. Următorul pas va fi conectarea sistemelor similare la toate telescoapele din instalație și apoi conectarea lor într-o gamă mare. Acest lucru ar trebui să permită observatorului să rezolve obiecte de 100 de ori mai slab decât astăzi.
Pe 18 aprilie 2003, o echipă de ingineri de la ESO a sărbătorit realizarea cu succes a „First Light” pentru instalația de optică adaptivă MACAO-VLTI de la foarte mare telescop (VLT) de la Observatorul Paranal (Chile). Acesta este al doilea sistem de Optică Adaptivă (AO) pus în funcțiune la acest observator, în urma instalației NACO (ESO PR 25/01).
Claritatea imaginii realizabile a unui telescop la sol este limitată în mod normal de efectul turbulenței atmosferice. Cu toate acestea, cu tehnici de optică adaptativă (AO), acest dezavantaj major poate fi depășit astfel încât telescopul să producă imagini cât mai clare posibil teoretic, adică, ca și cum ar fi luate din spațiu.
Acronimul „MACAO” înseamnă „Optica adaptativă cu curbură multiplă”, care se referă la modul particular în care se fac corecții optice care „elimină” efectul de estompare a turbulenței atmosferice.
Facilitatea MACAO-VLTI a fost dezvoltată la ESO. Este un sistem extrem de complex din care patru, unul pentru fiecare telescop VLT Unit de 8,2 m, vor fi instalate sub telescoape (în încăperile Coud?). Aceste sisteme corectează distorsiunile fasciculelor de lumină de la telescoapele mari (induse de turbulențele atmosferice) înainte de a fi direcționate către focalizarea comună la interferometrul VLT (VLTI).
Instalarea celor patru unități MACAO-VLTI, dintre care prima este acum în vigoare, nu va reprezenta nimic altceva decât o revoluție în interferometria VLT. Va rezulta un câștig enorm în eficiență, din cauza câștigului asociat de 100 de ori în sensibilitatea VLTI.
Cu ajutorul cuvintelor simple, cu MACAO-VLTI va deveni posibilă observarea obiectelor cerești de 100 de ori mai slabă decât acum. În curând, astronomii vor putea astfel să obțină franjuri de interferență cu VLTI (ESO PR 23/01) a unui număr mare de obiecte până acum la îndemâna cu această puternică tehnică de observare, de ex. galaxii externe Imaginile și spectrele de înaltă rezoluție vor deschide perspective complet noi în cercetarea extragalactică, precum și în studiile multor obiecte slabe din propria noastră galaxie, Calea Lactee.
În perioada actuală, prima dintre cele patru facilități MACAO-VLTI a fost instalată, integrată și testată cu ajutorul unei serii de observații. Pentru aceste teste, a fost concepută special o cameră cu infraroșu care a permis o evaluare detaliată a performanței. De asemenea, a oferit câteva prime vederi spectaculoase ale diferitelor obiecte cerești, dintre care unele sunt prezentate aici.
MACAO - Facilitatea de Optică Adaptivă cu Curbură Multi-Aplicație
Sistemele de optică adaptivă (AO) funcționează cu ajutorul unei oglinzi deformabile controlate de computer (DM) care contracarează distorsiunea imaginii indusă de turbulența atmosferică. Se bazează pe corecții optice în timp real calculate din datele de imagine obținute de un „senzor de undă” (o cameră specială) la viteză foarte mare, de multe sute de ori pe secundă.
Sistemul optic adaptativ de curbură multiplicare ESO (MACAO) utilizează o oglindă deformabilă cu bimorf de 60 de elemente (DM) și un senzor de undă de curbură de 60 de elemente, cu un „bătăi de inimă” de 350 Hz (de ori pe secundă). Cu această putere de corectare spațială și temporală mare, MACAO este capabil să restabilească calitatea de imagine teoretic posibilă („difracție limitată”) a unui telescop VLT de 8,2 m în regiunea infraroșu aproape a spectrului, la o lungime de undă de aproximativ 2? M. Rezolvarea (claritatea) imaginii rezultate de ordinul a 60 milli-arcsec este o îmbunătățire cu mai mult de un factor de 10 în comparație cu observațiile standard limitate. Fără beneficiul tehnicii AO, o astfel de claritate a imaginii nu ar putea fi obținută decât dacă telescopul a fost plasat deasupra atmosferei Pământului.
Dezvoltarea tehnică a MACAO-VLTI în forma sa actuală a început în 1999 și, odată cu revizuirile proiectului la intervale de 6 luni, proiectul a atins rapid viteza de croazieră. Proiectarea eficientă este rezultatul unei colaborări foarte fructuoase între departamentul AO de la ESO și industria europeană, care a contribuit la fabricarea sârguincioasă a numeroase componente de înaltă tehnologie, inclusiv bimorf DM cu 60 de actuatoare, o montare cu basculare cu reacție rapidă și multe altele. Asamblarea, testarea și reglarea performanței acestui sistem complex în timp real a fost asumată de personalul ESO-Garching.
Instalare la Paranal
Primele lăzi ale transportului de peste 60 de metri cubi cu componente MACAO au ajuns la 12 martie 2003 la Observatorul Paranal. La scurt timp după aceea, inginerii și tehnicienii din ESO au început asamblarea atentă a acestui instrument complex, sub telescopul VLT 8.2-m KUEYEN ( anterior UT2).
Au urmat o schemă atent planificată, care presupune instalarea electronică, sisteme de răcire cu apă, componente mecanice și optice. La sfârșit, au efectuat alinierea optică solicitantă, livrând un instrument complet asamblat cu o săptămână înainte de primele observații ale testului planificat. Această săptămână suplimentară a oferit o oportunitate foarte binevenită și utilă de a efectua o multitudine de teste și calibrări în pregătirea observațiilor reale.
AO la serviciul Interferometriei
Interferometrul VLT (VLTI) combină lumina stelară capturată de două sau mai multe telescoape 8,2- VLT Unit (ulterior, de asemenea, de la patru telescoape auxiliare mobile 8,8 m) și permite creșterea considerabilă a rezoluției imaginii. Fasciculele de lumină de la telescoape sunt reunite „în fază” (coerent). Pornind de la oglinzile primare, ele suferă numeroase reflecții de-a lungul diferitelor lor căi pe distanțe totale de câteva sute de metri înainte de a ajunge la Laboratorul interferometric unde sunt combinate într-o fracțiune de lungime de undă, adică în nanometre!
Câștigul prin tehnica interferometrică este enorm - combinarea fasciculelor de lumină de la două telescoape separate cu 100 de metri permite observarea detaliilor care altfel ar putea fi rezolvate doar printr-un singur telescop cu un diametru de 100 de metri. Reducerea sofisticată a datelor este necesară pentru interpretarea măsurătorilor interferometrice și pentru a deduce parametrii fizici importanți ai obiectelor observate precum diametrele stelelor etc., cf. PR PR 22/02.
VLTI măsoară gradul de coerență a grinzilor combinate, astfel cum este exprimat prin contrastul modelului de franjuri interferometrice observate. Cu cât este mai mare gradul de coerență între fasciculele individuale, cu atât este mai puternic semnalul măsurat. Prin eliminarea aberațiilor de pe undă introduse de turbulența atmosferică, sistemele MACAO-VLTI cresc enorm eficiența combinării fasciculelor individuale ale telescopului.
În procesul de măsurare interferometrică, lumina stelară trebuie injectată în fibre optice care sunt extrem de mici pentru a-și îndeplini funcția; doar diametrul de 6? m (0,006 mm). Fără acțiunea de „focalizare” a MACAO, doar o mică parte din lumina stelară captată de telescoape poate fi injectată în fibre și VLTI nu ar funcționa la vârful eficienței pentru care a fost proiectat.
MACAO-VLTI va permite acum un câștig de un factor 100 în fluxul de lumină injectat - acest lucru va fi testat în detaliu atunci când două telescoape VLT Unit, ambele echipate cu MACAO-VLTI, lucrează împreună. Cu toate acestea, performanța foarte bună obținută efectiv cu primul sistem îi face pe ingineri foarte încrezători că într-adevăr va fi obținut un câștig al acestei comenzi. Acest test final va fi efectuat imediat ce cel de-al doilea sistem MACAO-VLTI va fi instalat la sfârșitul acestui an.
MACAO-VLTI First Light
După o lună de lucrări de instalare și după teste cu ajutorul unei surse de lumină artificială instalată în centrul Nasmyth din KUEYEN, MACAO-VLTI a avut „First Light” pe 18 aprilie, când a primit lumină „reală” de la mai multe obiecte astronomice.
În timpul testelor de performanță anterioare pentru a măsura îmbunătățirea imaginii (claritate, concentrație de energie luminoasă) în benzi spectrale cu infraroșu aproape la 1,2, 1,6 și 2,2? M, MACAO-VLTI a fost verificată cu ajutorul unei camere de testare infraroșu personalizate dezvoltate pentru aceasta scop de ESO. Acest test intermediar a fost necesar pentru a asigura funcționarea corectă a MACAO înainte de a fi utilizat pentru a alimenta un fascicul de lumină corectat în VLTI.
După doar câteva nopți de testare și optimizare a diferitelor funcții și parametri operaționali, MACAO-VLTI a fost gata de a fi utilizat pentru observații astronomice. Imaginile de mai jos au fost realizate în condiții de vedere media și ilustrează îmbunătățirea calității imaginii atunci când se utilizează MACAO-VLTI.
MACAO-VLTI - Primele imagini
Iată câteva dintre primele imagini obținute cu camera de testare la primul sistem MACAO-VLTI, instalat acum la telescopul VLT KUEYEN de 8,2 m.
Fotografiile PR 12b-c / 03 arată prima imagine din banda infraroșu K (lungime de undă 2,2 m) a unei stele (mărimea vizuală 10) obținută fără și cu corecții ale imaginii cu ajutorul opticii adaptive.
PR Photo 12d / 03 afișează una dintre cele mai bune imagini obținute cu MACAO-VLTI în timpul testelor timpurii. Prezintă un raport Strehl (măsurarea concentrației de lumină) care îndeplinește specificațiile conform cărora MACAO-VLTI a fost construit. Această îmbunătățire enormă când se utilizează tehnici AO este demonstrată în mod clar în PR Photo 12e / 03, cu profilul de imagine necorectat (stânga) greu vizibil în comparație cu profilul corectat (dreapta).
PR Photo 11f / 03 demonstrează capabilitățile de corecție ale MACAO-VLTI atunci când utilizați o stea de ghid slab. Testele folosind diferite tipuri spectrale au arătat că mărimea vizuală limitativă variază între 16 pentru stelele de tip B timpurii și aproximativ 18 pentru stelele M de tip târziu.
Obiecte astronomice văzute la limita de difracție
Următoarele exemple de observații MACAO-VLTI a două obiecte astronomice cunoscute au fost obținute pentru a evalua provizoriu oportunitățile de cercetare care se deschid acum cu MACAO-VLTI. Se pot compara foarte bine cu imaginile din spațiu.
Centrul Galactic
Centrul propriei noastre galaxii este situat în constelația Săgetător la o distanță de aproximativ 30.000 de ani-lumină. PR Photo 12h / 03 prezintă o vedere infraroșu cu expunere scurtă a acestei regiuni, obținută de MACAO-VLTI în faza de testare timpurie.
Observații recente ale AO folosind facilitatea NACO de la VLT oferă dovezi convingătoare că o gaură neagră supermasivă cu 2,6 milioane de mase solare este situată chiar în centru, cf. ESO PR 17/02. Acest rezultat, bazat pe observații astrometrice ale unei stele orbitând gaura neagră și apropiind-o la o distanță de numai 17 ore-lumină, nu ar fi fost posibil fără imagini cu o rezoluție limitată de difracție.
Eta Carinae
Eta Carinae este una dintre cele mai grele stele cunoscute, cu o masă care depășește probabil 100 de mase solare. Este de aproximativ 4 milioane de ori mai strălucitoare decât Soarele, ceea ce îl face una dintre cele mai luminoase stele cunoscute.
O astfel de stea masivă are o durată de viață relativ scurtă de aproximativ 1 milion de ani și - măsurată în intervalul cosmic - Eta Carinae trebuie să se fi format recent. Această stea este extrem de instabilă și predispusă la izbucniri violente. Acestea sunt cauzate de presiunea foarte mare de radiații la nivelul straturilor superioare ale stelei, care aruncă porțiuni semnificative ale materiei la „suprafață” în spațiu în timpul erupțiilor violente care pot dura câțiva ani. Ultima dintre aceste izbucniri a avut loc între 1835 și 1855 și a atins vârful în 1843. În ciuda distanței sale relativ mari - aproximativ 7.500 până la 10.000 de ani-lumină - Eta Carinae a devenit pentru scurt timp a doua stea cea mai strălucitoare pe cer în acea perioadă (cu o magnitudine aparentă -1 ), depășit doar de Sirius.
Leul înghețat
Frosty Leo este o stea de magnitudine 11 (post-AGB) înconjurată de un plic de gaz, praf și cantități mari de gheață (de aici și numele). Nebuloasa asociată are o formă „fluture” (morfologie bipolară) și este unul dintre cele mai cunoscute exemple ale fazei de tranziție scurtă între două stadii evolutive târzii, ramura gigantă asimptotică (AGB) și nebuloasele planetare ulterioare (PNe).
Pentru un obiect cu masă solară de trei ca acesta, se crede că această fază durează doar câteva mii de ani, cu ochiul în ochi în viața stelei. Prin urmare, obiecte ca acesta sunt foarte rare, iar Frosty Leo este unul dintre cele mai apropiate și mai strălucitoare dintre ele.
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
