Πιστωτική εικόνα :: Keck
Το παρατηρητήριο 10 μέτρων Keck II έκανε ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός πρόσφατα όταν ξεκίνησε παρατηρήσεις με το νέο προσαρμοστικό οπτικό σύστημα. Το σύστημα χρησιμοποιεί ένα λέιζερ για να δημιουργήσει ένα ψεύτικο αστέρι περίπου 90 χιλιόμετρα στον ουρανό - ένας υπολογιστής μπορεί στη συνέχεια να το χρησιμοποιήσει για να υπολογίσει πώς να αφαιρέσει την επίδραση των ατμοσφαιρικών διαταραχών. Προσαρμοστικά οπτικά έχουν χρησιμοποιηθεί σε μικρότερα τηλεσκόπια, αλλά είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιείται σε ένα τηλεσκόπιο τόσο μεγάλο όσο το ισχυρό Keck II. χρειάστηκαν εννέα χρόνια για την προσαρμογή του παρατηρητηρίου.
Ένα σημαντικό ορόσημο στην αστρονομική ιστορία έλαβε χώρα πρόσφατα στο W.M. Το Παρατηρητήριο Keck όταν οι επιστήμονες, για πρώτη φορά, χρησιμοποίησαν ένα λέιζερ για να δημιουργήσουν ένα τεχνητό αστέρι-οδηγό στο τηλεσκόπιο 10 μέτρων του Keck για να διορθώσουν τη θόλωση ενός αστεριού με προσαρμοστική οπτική (AO). Τα αστέρια οδηγών λέιζερ έχουν χρησιμοποιηθεί σε μικρότερα τηλεσκόπια, αλλά αυτή είναι η πρώτη επιτυχημένη χρήση τους στη σημερινή γενιά των μεγαλύτερων τηλεσκοπίων στον κόσμο. Η προκύπτουσα εικόνα (Σχήμα 1), που τραβήχτηκε από την κάμερα υπέρυθρης ακτινοβολίας NIRC2, ήταν η πρώτη επίδειξη ενός συστήματος προσαρμογής οπτικών οδηγήσεων λέιζερ (LGS AO) σε ένα μεγάλο τηλεσκόπιο. Όταν ολοκληρωθεί, το σύστημα LGS AO θα σηματοδοτήσει μια νέα εποχή αστρονομίας στην οποία οι αστρονόμοι θα μπορούν να βλέπουν σχεδόν οποιοδήποτε αντικείμενο στον ουρανό με τη σαφήνεια των προσαρμοστικών οπτικών.
«Αυτή είναι μια από τις πιο ευχάριστες στιγμές όλα τα χρόνια μου στο Keck», σχολίασε ο Δρ Frederic Chaffee, διευθυντής του W.M. Παρατηρητήριο Keck το βράδυ έγιναν οι παρατηρήσεις. «Όπως κάθε θετικό αποτέλεσμα πρώτου φωτός, πρέπει να γίνουν πολλά πριν το σύστημα να θεωρηθεί λειτουργικό. Αλλά, όπως και κάθε θετικό πρώτο φως, δείχνει ότι μπορεί να γίνει και μας δίνει μεγάλη αισιοδοξία ότι οι στόχοι μας δεν είναι αδύνατα όνειρα, αλλά είναι εφικτές πραγματικότητες. "
Η προσαρμοστική οπτική είναι μια τεχνική που έχει φέρει επανάσταση στην επίγεια αστρονομία μέσω της ικανότητάς της να απομακρύνει το θόλωμα του αστεριού που προκαλείται από την ατμόσφαιρα της γης. Η απαίτησή του για ένα σχετικά φωτεινό «αστέρι καθοδήγησης» στο ίδιο οπτικό πεδίο με το επιστημονικό αντικείμενο μελέτης έχει περιορίσει γενικά τη χρήση του AO σε περίπου το ένα τοις εκατό των αντικειμένων στον ουρανό.
Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, το 1994 το W.M. Το Παρατηρητήριο Keck άρχισε να συνεργάζεται με τα Εθνικά Εργαστήρια Lawrence Livermore (LLNL) για την ανάπτυξη ενός τεχνητού συστήματος αστέρι-οδηγού. Χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ για να δημιουργήσετε ένα «εικονικό αστέρι»; Οι αστρονόμοι μπορούν να μελετήσουν οποιοδήποτε αντικείμενο κοντά σε πολύ πιο αμυδρά (έως 19ου μεγέθους) αντικείμενα με προσαρμοστική οπτική και να μειώσουν την εξάρτησή του από φωτεινά, φυσικά εμφανιζόμενα αστέρια. Κάτι τέτοιο θα αυξήσει την κάλυψη του ουρανού για το προσαρμοστικό οπτικό σύστημα Keck από περίπου ένα τοις εκατό όλων των αντικειμένων στον ουρανό, σε πάνω από 80 τοις εκατό.
«Αυτή η νέα δυνατότητα χρήσης ενός αστέρα με λέιζερ με ένα μεγάλο τηλεσκόπιο έχει προσκαλέσει τους αστρονόμους να αρχίσουν να εξερευνούν τον νυχτερινό ουρανό με πολύ πιο ολοκληρωμένο τρόπο», δήλωσε ο Adam Contos, μηχανικός οπτικής στο W.M. Παρατηρητήριο Keck. «Στο μέλλον, θα περίμενα τα περισσότερα μεγάλα παρατηρητήρια να εγκαταστήσουν παρόμοια συστήματα για να επωφεληθούν από αυτήν την απίστευτη βελτίωση των δυνατοτήτων τους AO».
Τον Ιανουάριο του 2001, μετά από περισσότερα από επτά χρόνια ανάπτυξης, οι ομάδες Keck και LLNL γιόρτασαν την ολοκλήρωση του συστήματος λέιζερ αστέρι Keck. Το τεχνητό αστέρι προκύπτει όταν το φως από ένα λέιζερ βαφής 15 watt προκαλεί ένα φυσικό στρώμα ατόμων νατρίου να λάμπει περίπου 90 χλμ. (56 μίλια) πάνω από την επιφάνεια της γης. Θα χρειαστούν άλλα δύο χρόνια εξελιγμένης έρευνας και σχεδιασμού προτού το σύστημα λέιζερ μπορεί να ενσωματωθεί στο προσαρμοστικό οπτικό σύστημα Keck II.
Στις πρώτες πρωινές ώρες της 20ής Σεπτεμβρίου, όλα τα υποσυστήματα συγκεντρώθηκαν τελικά για να αποκαλύψουν τη μοναδική ικανότητα του συστήματος Keck LGS AO και τη δυνατότητά του να επιλύει εξαιρετικά αχνά αντικείμενα. Το σύστημα κλειδώθηκε σε ένα αστέρι 15ου μεγέθους, ένα μέλος ενός γνωστού δυαδικού T Tauri που ονομάζεται HK Tau και αποκάλυψε λεπτομέρειες του περιστασιακού δίσκου του συνοδευτικού αστέρα. Ήταν η πρώτη φορά που ένα προσαρμοστικό οπτικό σύστημα σε ένα πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο είχε χρησιμοποιήσει ποτέ ένα τεχνητό οδηγό αστέρι για την επίλυση ενός εξασθενημένου αντικειμένου.
Μια βασική πρόκληση που αντιμετώπισε η ομάδα LGS AO ήταν πόσο επιτυχημένες θα ήταν οι προσπάθειες ολοκλήρωσης και επίτευξης καλών μετρήσεων απόδοσης για κάθε απαιτούμενο υποσύστημα. Ανησυχίες σχετικά με την ισχύ του λέιζερ και την ποιότητα του σημείου, τη λειτουργία του συστήματος ελέγχου κυκλοφορίας λέιζερ, την ικανότητα των νέων αισθητήρων να κλειδώνουν σε πιο αδύναμους οδηγούς αστέρια και την ικανότητα βελτιστοποίησης της ποιότητας της εικόνας μέσω της ακριβούς κατανόησης των παρεκκλίσεων που θα μπορούσαν να να μην μετρηθούν χρησιμοποιώντας το αστέρι οδηγό λέιζερ, όλα είχαν ληφθεί υπόψη στην παρατήρηση της βραδιάς.
«Το πρώτο φως ήταν μια θαυμάσια ομαδική προσπάθεια», δήλωσε ο Δρ. Peter Wizinowich, επικεφαλής της ομάδας προσαρμοστικής οπτικής στο W.M. «Ήταν πολύ ικανοποιητικό το γεγονός ότι καθένα από τα πολλά υποσυστήματα αποδίδει τόσο καλά στην πρώτη μας προσπάθεια. Για να αναφέρω τον Virgil, «Audentes Fortuna Juvat», η τύχη ευνοεί τους τολμηρούς ».
Η ποιότητα των πρώτων ελαφριών εικόνων LGS AO ήταν εξαιρετικά υψηλή. Ενώ ήταν κλειδωμένο σε αστέρι 14ου μεγέθους, το σύστημα Keck LGS AO κατέγραψε "αναλογίες Strehl" 36 τοις εκατό (σε μήκος κύματος 2,1 μικρά, χρόνος έκθεσης 30 δευτερολέπτων, Σχήμα 3), σε σύγκριση με το 4% για μη διορθωμένες εικόνες. Οι αναλογίες Strehl μετρούν τον βαθμό στον οποίο ένα οπτικό σύστημα πλησιάζει την τελειότητα «περιορισμένη περίθλαση» ή το όριο θεωρητικής απόδοσης του τηλεσκοπίου.
Μια άλλη μέτρηση απόδοσης, το "πλήρες πλάτος στο μισό μέγιστο" (FWHM), για αυτό το αστέρι 14ου μεγέθους ήταν 50 milli-arcseconds, σε σύγκριση με 183 milli-arcseconds για τη μη διορθωμένη εικόνα. Οι μετρήσεις FWHM βοηθούν τους αστρονόμους να προσδιορίσουν τα πραγματικά άκρα ενός αντικειμένου, όπου η ανίχνευση μπορεί να είναι ανακριβής ή δύσκολο να προσδιοριστεί. Η μέτρηση των 50 milli-arcseconds ισοδυναμεί με τη δυνατότητα διάκρισης ενός ζεύγους προβολέων αυτοκινήτου στη Νέα Υόρκη ενώ στέκεται στο Λος Άντζελες.
Καθ 'όλη τη διάρκεια του βραδιού, το αστέρι οδηγού λέιζερ διατηρήθηκε σταθερό και φωτεινό, λάμποντας σε μέγεθος περίπου 9,5, περίπου 25 φορές πιο αχνό από αυτό που μπορεί να δει το ανθρώπινο μάτι, αλλά ιδανικό για το σύστημα προσαρμοσμένης οπτικής Keck για μέτρηση και διόρθωση για ατμοσφαιρικές παραμορφώσεις.
Πρόσθετες εργασίες βρίσκονται σε εξέλιξη προτού το σύστημα Keck LGS AO μπορεί να θεωρηθεί πλήρως λειτουργικό. Το σύστημα Keck LGS AO θα είναι διαθέσιμο για επιστήμη περιορισμένου κινδύνου τον επόμενο χρόνο, με πλήρη ανάπτυξη στην κοινότητα χρηστών του Keck το 2005.
«Ακόμη και με αυτήν την πρώτη δοκιμή, οι αστρονόμοι ήδη ζητούν να χρησιμοποιήσουν το σύστημα λέιζερ αστέρι για να μελετήσουν απομακρυσμένους γαλαξίες με άνευ προηγουμένου ανάλυση και ισχύ», δήλωσε ο Δρ David Le Mignant, επιστήμονας προσαρμοστικών οπτικών οργάνων στο W.M. Keck Observatory, California Association for Research in Astronomy. «Μέχρι το επόμενο έτος, τα προσαρμοστικά οπτικά θα χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της πλούσιας ιστορίας σχηματισμού των πρώτων γαλαξιών».
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης για την παγκόσμια αστρονομία συνοψίστηκε από τον Δρ Matt Mountain, διευθυντή του Παρατηρητηρίου Gemini, το οποίο διαθέτει δίδυμα τηλεσκόπια 8 μέτρων, ένα στη Mauna Kea και ένα στο Cerro Pachon στη Χιλή: «Αυτό είναι ένα κρίσιμο ορόσημο για όλη την επίγεια αστρονομία, όχι μόνο για τη σημερινή γενιά τηλεσκοπίων οκτώ έως 10 μέτρων, αλλά και για τα όνειρά μας για τηλεσκόπια 30 μέτρων. "
Τα μέλη της ομάδας που είναι υπεύθυνα για το σύστημα Keck LGS AO είναι οι Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam και Peter Wizinowich, όλοι από το WM Η ομάδα έδωσε ιδιαίτερες ευχαριστίες στους συνεργάτες της στο LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown και Pam Danforth.
Το προσαρμοστικό οπτικό σύστημα λέιζερ αστέρι χρηματοδοτήθηκε από το W.M. Ίδρυμα Keck.
Ο W.M. Το Keck Observatory λειτουργεί από την California Association for Research in Astronomy, μια επιστημονική συνεργασία του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων Keck
