Πιστωτική εικόνα: UC Berkeley
Το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ, οι αστρονόμοι εκμεταλλεύτηκαν ένα πρόσφατα τοποθετημένο σύστημα αστεριών οδηγών λέιζερ στο Παρατηρητήριο Lick του UC για να αποκτήσουν ευκρινείς, απαλλαγμένες από λάμψη εικόνες των αχνών σκονισμένων δίσκων μακρινών τεράστιων αστεριών. Οι εικόνες δείχνουν ξεκάθαρα ότι τα αστέρια δύο έως τρεις φορές μεγαλύτερα από τον ήλιο σχηματίζονται με τον ίδιο τρόπο όπως τα ηλιακά τύπου αστέρια - μέσα σε ένα στροβιλισμένο σφαιρικό σύννεφο που καταρρέει σε έναν δίσκο, όπως εκείνο από τον οποίο αναδύθηκαν ο ήλιος και οι πλανήτες του.
Η κίτρινη ακτίνα λέιζερ που διαπερνά τους ουρανούς πάνω από το Παρατηρητήριο Lick άρχισε να λειτουργεί στο τηλεσκόπιο Shane 10 ποδιών πέρυσι, επεκτείνοντας τη χρήση του συστήματος «καουτσούκ καθρέφτη» του τηλεσκοπίου, που ονομάζεται προσαρμοστική οπτική, σε ολόκληρο τον νυχτερινό ουρανό. Η προσθήκη του λέιζερ κάνει το Lick το μοναδικό παρατηρητήριο που παρέχει ένα αστέρι οδηγό λέιζερ για ρουτίνα χρήση.
Η ομάδα του UC Berkeley και οι συνεργάτες της στο Κέντρο Προσαρμοστικής Οπτικής του UC Santa Cruz και το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore (LLNL) αναφέρουν τα αποτελέσματά τους στο τεύχος του περιοδικού Science, στις 27 Φεβρουαρίου.
«Το παράδειγμα για αστέρια όπως ο ήλιος μας είναι η βαρυτική κατάρρευση ενός σύννεφου σε ένα πρωτόστρωμα και ένας δίσκος προσαύξησης σαν τηγανίτα, αλλά υπάρχει κάποια μάζα στην οποία δεν μπορεί να λειτουργήσει - η φωτεινότητα του αστεριού αρκεί για να διαταράξει το δίσκο και καταρρέει τόσο γρήγορα όσο συγκεντρώνεται », δήλωσε ο James R. Graham, καθηγητής αστρονομίας στο UC Berkeley. "Τα δεδομένα μας δείχνουν ότι το πρότυπο πρότυπο μοντέλο εξακολουθεί να λειτουργεί για αστέρια δύο έως τρεις φορές πιο ογκώδες από τον ήλιο."
«Χωρίς προσαρμοστικά οπτικά, θα μπορούσαμε να δούμε μόνο μια μεγάλη ασαφή σφαίρα από το έδαφος και δεν θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε καμία από τις λεπτές δομές γύρω από τις πηγές», πρόσθεσε ο μεταπτυχιακός φοιτητής του UC Berkeley, Marshall D. Perrin. "Οι παρατηρήσεις μας παρέχουν ισχυρή υποστήριξη για μια αναδυόμενη άποψη ότι τα αστέρια χαμηλής και ενδιάμεσης μάζας σχηματίζονται με παρόμοιο τρόπο."
Ένα προσαρμοστικό οπτικό σύστημα, το οποίο αφαιρεί τα θολωμένα αποτελέσματα της ατμοσφαιρικής αναταραχής, προστέθηκε στο τηλεσκόπιο Lick's Shane το 1996. Ωστόσο, όπως όλα τα άλλα τηλεσκόπια με προσαρμοστικά οπτικά σήμερα, συμπεριλαμβανομένων των δίδυμων Τηλεσκοπίων Keck των 10 μέτρων στη Χαβάη, το τηλεσκόπιο Lick είχε να βασίζεστε σε φωτεινά αστέρια στο οπτικό πεδίο για να παρέχετε την απαραίτητη αναφορά για την απομάκρυνση της θαμπάδας Μόνο περίπου ένα έως 10 τοις εκατό των αντικειμένων στον ουρανό βρίσκονται αρκετά κοντά σε ένα φωτεινό αστέρι για να λειτουργήσει ένα τέτοιο «φυσικό» σύστημα αστέρι οδηγού.
Το λέιζερ βαφής νατρίου, που αναπτύχθηκε από τους επιστήμονες λέιζερ άσους Deanna M. Pennington και Herbert Friedman της LLNL, ολοκληρώνει τελικά το προσαρμοστικό οπτικό σύστημα έτσι ώστε οι αστρονόμοι να μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να δουν οποιοδήποτε μέρος του ουρανού, ανεξάρτητα από το αν ένα φωτεινό αστέρι βρίσκεται κοντά ή όχι.
Δεμένο στην οπή του τηλεσκοπίου Lick, το λέιζερ λάμπει μια στενή δέσμη περίπου 60 μίλια μέσω της τυρβώδους ζώνης στην ανώτερη ατμόσφαιρα, όπου το φως λέιζερ διεγείρει τα άτομα νατρίου για να απορροφήσουν και να εκπέμψουν ξανά το ίδιο χρώμα. Το νάτριο προέρχεται από μικρομετεωρίτες που φλεγόμενοι και εξατμίζονται καθώς εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης.
Το κίτρινο λαμπερό σημείο που δημιουργείται στην ατμόσφαιρα είναι ισοδύναμο με ένα αστέρι 9ου μεγέθους - περίπου 40 φορές πιο αχνό από το ανθρώπινο μάτι. Ωστόσο, παρέχει μια σταθερή πηγή φωτός εξίσου αποτελεσματική με ένα φωτεινό μακρινό αστέρι.
«Χρησιμοποιούμε αυτό το φως για να μετρήσουμε την αναταραχή στην ατμόσφαιρα πάνω από το τηλεσκόπιο εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο και στη συνέχεια χρησιμοποιούμε αυτές τις πληροφορίες για να διαμορφώσουμε έναν ειδικό εύκαμπτο καθρέφτη με τέτοιο τρόπο ώστε όταν το φως, τόσο από το λέιζερ όσο και από τον στόχο που είστε κοιτάζοντας, αναπηδά, τα αποτελέσματα της αναταραχής απομακρύνονται ", δήλωσε η Claire Max, καθηγήτρια αστρονομίας και αστροφυσικής στο UC Santa Cruz, αναπληρωτής διευθυντής του Κέντρου Προσαρμοστικής Οπτικής και ερευνητής στο LLNL που εργάζεται για περισσότερα πάνω από 10 χρόνια για την ανάπτυξη ενός συστήματος αστεριού οδηγού λέιζερ.
Σε μια από τις πρώτες δοκιμές αυτού του συστήματος, οι Graham και Perrin ενεργοποίησαν το τηλεσκόπιο σε σπάνια, νεαρά, τεράστια αστέρια που ονομάζονται αστέρια Herbig Ae / Be που είναι ασαφή από το έδαφος και συνήθως πολύ λιποθυμικά για να απεικονιστούν από φυσικά προσαρμοστικά οπτικά αστέρια. Τα αστέρια Herbig Ae / Be, με μάζες μεταξύ 1,5 και 10 φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο και πιθανώς λιγότερο από 10 εκατομμύρια χρόνια, θεωρείται ότι είναι η αρχή τεράστιων αστεριών - αστέρια που θα καταλήξουν σαν τα καυτά αστέρια τύπου Α Βέγκα. Τα αστέρια Herbig Ae / Be καταγράφηκαν πριν από χρόνια από τον αστρονόμο της UC Santa Cruz George Herbig, τώρα στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης.
Τα πιο τεράστια αστέρια του Herbig Ae / Be παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον, επειδή είναι αυτά που υφίστανται εκρήξεις σουπερνόβα που σπέρνουν τον γαλαξία με βαριά άτομα, καθιστώντας δυνατούς τους συμπαγείς πλανήτες και ακόμη και τη ζωή. Προκαλούν επίσης σχηματισμό αστεριών σε κοντινά σύννεφα.
Αυτό που είδαν οι αστρονόμοι ήταν πολύ παρόμοιο με τη γνωστή εικόνα των αστεριών T Tauri, τα οποία είναι τα διαμορφωτικά στάδια των αστεριών έως και 50 τοις εκατό μεγαλύτερο από τον ήλιο μας και έως και 100 εκατομμύρια χρόνια. Οι εικόνες των δύο αστεριών Herbig Ae / Be δείχνουν ξεκάθαρα μια σκοτεινή γραμμή που διχοτομεί κάθε αστέρι, που προκαλείται από έναν δίσκο που εμποδίζει τη φωτεινή λάμψη του αστεριού, και ένα λαμπερό σφαιρικό φωτοστέφανο σκόνης και αερίου που περιβάλλει το αστέρι και το δίσκο. Σε κάθε αστέρι, δύο πίδακες αερίου και σκόνης μπορεί να φαίνονται να αναδύονται από τους πόλους του δίσκου αύξησης.
Τα δύο αστέρια, ταξινομημένα ως LkH (198 και LkH (233 (Lick υδρογόνο-άλφα πηγές), βρίσκονται 2.000 και 3.400 έτη φωτός μακριά, αντίστοιχα, σε μια απομακρυσμένη περιοχή του Γαλαξία μας.
"Το υλικό από το πρωτότυπο σύννεφο δεν μπορεί να πέσει απευθείας στο βρεφικό αστέρι, οπότε προσγειώνεται πρώτα σε δίσκο συσσώρευσης και κινείται μόνο προς τα μέσα για να πέσει πάνω στο αστέρι αφού ρίξει τη γωνιακή του ορμή", εξήγησε ο Perrin. «Αυτή η διαδικασία μεταφοράς γωνιακής ορμής, μαζί με την εξέλιξη των μαγνητικών πεδίων, οδηγεί στην έναρξη των διπολικών εκροών. Αυτές οι εκροές τελικά απομακρύνουν τον φάκελο, αφήνοντας ένα νεογέννητο αστέρι περιτριγυρισμένο από έναν δίσκο συσσώρευσης. Πάνω από μερικά εκατομμύρια χρόνια, το υπόλοιπο υλικό στο δίσκο συσσωρεύεται, αφήνοντας μόνο το νεαρό αστέρι πίσω. "
Ο Perrin πρόσθεσε ότι το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble παρείχε «πολύ σαφείς, σαφείς εικόνες δίσκων και εκροών γύρω από τα αστέρια T Tauri», επιβεβαιώνοντας τις θεωρίες για το σχηματισμό αστεριών όπως ο ήλιος μας. Ωστόσο, λόγω της σχετικής σπανιότητας των αστεριών Herbig Ae / Be, τέτοια σαφή δεδομένα για αυτά τα αστέρια λείπουν μέχρι τώρα, είπε.
Οι αστρονόμοι έχουν προτείνει ότι σχηματίζονται πολύ ογκώδη αστέρια από τη σύγκρουση δύο ή περισσότερων αστεριών, ή σε ένα ταραχώδες σύννεφο, σε αντίθεση με τον περιστρεφόμενο δίσκο αύξησης. Είναι ενδιαφέρον ότι ένα τρίτο αστέρι που απεικονίστηκε το ίδιο βράδυ από τους Graham και Perrin αποδείχτηκε δύο αστέρια που μοιάζουν με τον ήλιο με μια κορδέλα αερίου και σκόνης μεταξύ τους, μοιάζοντας ύποπτα σαν ένα αστέρι να συλλαμβάνει ύλη από το άλλο.
Ο Graham ελπίζει να φωτογραφίσει πιο τεράστια αστέρια Herbig Ae / Be για να δει αν το πρότυπο μοντέλο σχηματισμού αστεριών επεκτείνεται σε ακόμη μεγαλύτερα αστέρια. Οι λεπτομερείς εικόνες των αστεριών Herbig Ae / Be οφείλονται τόσο στο νέο σύστημα αστεριών οδηγών λέιζερ όσο σε ένα πολωσίμετρο σχεδόν υπέρυθρης απεικόνισης που κατασκευάστηκε από την Perrin και προστέθηκαν στην Berkeley Near Infrared Camera (IRCAL) που είναι ήδη τοποθετημένη στο τηλεσκόπιο.
«Χωρίς ένα πολωσίμετρο, το φως από τα αστέρια αποκρύπτει σε μεγάλο βαθμό τις δομές γύρω τους», δήλωσε ο Perrin. «Το πολωσίμετρο διαχωρίζει το μη πολωμένο αστρικό φως από το πολωμένο διάσπαρτο φως από την περιστασιακή σκόνη, η οποία αυξάνει την ανιχνευσιμότητα αυτής της σκόνης. Τώρα που έχουμε αναπτύξει αυτήν την τεχνική στο Lick, θα είναι δυνατό να την επεκτείνουμε στα τηλεσκόπια Keck των 10 μέτρων καθώς το σύστημα αστεριών οδηγών λέιζερ εκεί λειτουργεί. "
Το πολωσίμετρο διαχωρίζει το φως από την εικόνα στις δύο πόλωσεις του χρησιμοποιώντας έναν νέο τύπο διπλού κρυστάλλου από λίθιο, ύττριο και φθόριο (LiYF4), μια βελτίωση σε σχέση με τους κρυστάλλους ασβεστίτη που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα.
Πολλές άλλες ομάδες αναπτύσσουν λέιζερ για να χρησιμοποιηθούν ως αστέρια καθοδήγησης, αλλά η ομάδα του Max ξεπέρασε τους ανταγωνιστές της από την πρώτη επίδειξη της ιδέας στις αρχές της δεκαετίας του 1990 στο Livermore. Έκτοτε, αυτή και οι συνάδελφοί της τελειοποιούν το λέιζερ και το λογισμικό που επιτρέπει στον καθρέφτη - στην περίπτωση του τηλεσκοπίου 120 ιντσών του Lick, ενός δευτερεύοντος καθρέφτη 3 ιντσών μέσα στο κύριο τηλεσκόπιο - να κάμπτεται ακριβώς για να αφαιρέσει τη λάμψη από αστέρια.
Το λέιζερ 11 έως 12 watt είναι ένα λέιζερ βαφής νατρίου συντονισμένο με τη συχνότητα που θα διεγείρει τα κρύα άτομα νατρίου στην ατμόσφαιρα. Το λέιζερ βαφής αντλείται από ένα πράσινο λέιζερ YAG νεοδυμίου, ένα μεγαλύτερο αδερφό για τους άμεσα διαθέσιμους δείκτες λέιζερ πράσινων milliwatt.
«Ο λόγος που μπορούμε τώρα να κάνουμε επιστήμη με το σύστημα λέιζερ αστέρι οδηγού είναι ότι η αξιοπιστία και η χρηστικότητά του είναι τόσο βελτιωμένη», δήλωσε ο Graham. "Το λέιζερ ανοίγει προσαρμοστικά οπτικά σε μια πολύ μεγαλύτερη κοινότητα."
«Νομίζω ότι θα είναι ένα όργανο άσκησης στο Lick», πρόσθεσε ο Max. «Το ίδιο το λέιζερ και το προσαρμοστικό υλικό οπτικών συστημάτων είναι αρκετά σταθερά και αρκετά ανθεκτικά. Αυτό που πρόκειται να συμβεί τώρα είναι ότι οι άνθρωποι θα κάνουν αστρονομία μαζί του, πρόκειται να αναπτύξουν νέες τεχνικές για να τις παρατηρήσουν, να τις δοκιμάσουν σε νέους τύπους αντικειμένων. Με τον τυπικό τρόπο, ένας καλός αστρονόμος θα έρθει και θα κάνει πράγματα με το όργανό σας που δεν έχετε φανταστεί ποτέ. "
Η Max και οι συνεργάτες της έχουν δοκιμάσει ένα πανομοιότυπο σύστημα αστεριών οδηγών λέιζερ στα Τηλεσκόπια Keck στη Χαβάη, αλλά δεν είναι ακόμη έτοιμο για ρουτίνα χρήση, είπε.
«Ο Keck χρησιμοποιεί την ίδια τεχνολογία που έχουμε στο Lick», είπε ο Max. «Περιμένω να δω αυτή τη γενική τεχνολογία που χρησιμοποιείται στα περισσότερα τηλεσκόπια, αλλά με διαφορετικά είδη λέιζερ. Οι άνθρωποι εφευρίσκουν νέους τύπους λέιζερ δεξιά και αριστερά, οπότε νομίζω ότι το παιχνίδι μένει να σταματήσει. "
Άλλοι συγγραφείς του επιστημονικού εγγράφου, εκτός από τους Graham, Perrin, Max και Pennington, συνδέονται με το Κέντρο Προσαρμοστικής Οπτικής του Εθνικού Επιστημονικού Ιδρύματος, με επίκεντρο το UC Santa Cruz: βοηθός ερευνητής αστρονόμος Paul Kalas του UC Berkeley, James P. Lloyd του Τεχνολογικό Ινστιτούτο Καλιφόρνιας, Donald T. Gavel του Εργαστηρίου Προσαρμοστικής Οπτικής του UC Santa Cruz και Elinor L. Gates από τα Παρατηρητήρια UC / Παρατηρητήριο Lick.
Οι παρατηρήσεις και η ανάπτυξη του λέιζερ αστέρι χρηματοδοτήθηκαν από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο τύπου UC Berkeley
