Πιστωτική εικόνα: ESO
Μια ομάδα μηχανικών από το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο δοκίμασε πρόσφατα μια νέα εγκατάσταση προσαρμοστικής οπτικής στο Very Large Telescope (VLT) στο Παρατηρητήριο Paranal της Χιλής. Αυτή η τεχνολογία προσαρμόζει τις εικόνες που λαμβάνονται από το τηλεσκόπιο για να αφαιρέσει την παραμόρφωση που προκαλείται από την ατμόσφαιρα της Γης; σαν να είχαν δει από το διάστημα. Το επόμενο βήμα θα είναι να συνδέσετε παρόμοια συστήματα με όλα τα τηλεσκόπια της εγκατάστασης και στη συνέχεια να τα συνδέσετε σε μια μεγάλη σειρά. Αυτό θα επιτρέψει στο παρατηρητήριο να επιλύσει αντικείμενα 100 φορές πιο αχνά από ό, τι σήμερα.
Στις 18 Απριλίου 2003, μια ομάδα μηχανικών από την ESO γιόρτασε την επιτυχή ολοκλήρωση του «First Light» για τη μονάδα προσαρμοστικής οπτικής MACAO-VLTI στο πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο (VLT) στο Παρατηρητήριο Paranal (Χιλή). Αυτό είναι το δεύτερο σύστημα Adaptive Optics (AO) που τέθηκε σε λειτουργία σε αυτό το παρατηρητήριο, μετά την εγκατάσταση NACO (ESO PR 25/01).
Η εφικτή ευκρίνεια της εικόνας ενός επίγειου τηλεσκοπίου περιορίζεται συνήθως από την επίδραση της ατμοσφαιρικής αναταραχής. Ωστόσο, με τις τεχνικές Adaptive Optics (AO), αυτό το σημαντικό μειονέκτημα μπορεί να ξεπεραστεί, έτσι ώστε το τηλεσκόπιο να παράγει εικόνες όσο το δυνατόν πιο ευκρινείς όσο θεωρητικά δυνατόν, δηλαδή σαν να έχουν ληφθεί από το διάστημα.
Το ακρωνύμιο «MACAO» σημαίνει «Multi Application Curvature Adaptive Optics» που αναφέρεται στον συγκεκριμένο τρόπο που πραγματοποιούνται οι οπτικές διορθώσεις που «εξαλείφουν» τη θολωμένη επίδραση της ατμοσφαιρικής αναταραχής.
Η εγκατάσταση MACAO-VLTI αναπτύχθηκε στο ESO. Πρόκειται για ένα πολύ περίπλοκο σύστημα του οποίου τέσσερα, ένα για κάθε Τηλεσκόπιο Μονάδας VLT 8,2 m, θα εγκατασταθούν κάτω από τα τηλεσκόπια (στα δωμάτια Coud?). Αυτά τα συστήματα διορθώνουν τις παραμορφώσεις των φωτεινών ακτίνων από τα μεγάλα τηλεσκόπια (που προκαλούνται από την ατμοσφαιρική αναταραχή) προτού κατευθυνθούν προς την κοινή εστία στο VLT Interferometer (VLTI).
Η εγκατάσταση των τεσσάρων μονάδων MACAO-VLTI, των οποίων η πρώτη είναι τώρα σε ισχύ, θα ισοδυναμεί με μια επανάσταση στην ενδομετρία VLT. Θα προκύψει ένα τεράστιο κέρδος στην αποδοτικότητα, λόγω του σχετικού 100πλάσιου κέρδους στην ευαισθησία του VLTI.
Με απλά λόγια, με το MACAO-VLTI θα καταστεί δυνατή η παρατήρηση ουράνιων αντικειμένων 100 φορές πιο αχνή από τώρα. Σύντομα οι αστρονόμοι θα μπορούν έτσι να αποκτούν παρεμβολές με το VLTI (ESO PR 23/01) ενός μεγάλου αριθμού αντικειμένων που δεν έχουν φτάσει μέχρι τώρα με αυτήν την ισχυρή τεχνική παρατήρησης, π.χ. εξωτερικοί γαλαξίες. Οι επακόλουθες εικόνες και φάσματα υψηλής ανάλυσης θα ανοίξουν εντελώς νέες προοπτικές στην εξωγαλακτική έρευνα και επίσης στις μελέτες πολλών αμυδρών αντικειμένων στον δικό μας γαλαξία, τον Γαλαξία μας.
Κατά την τρέχουσα περίοδο, εγκαταστάθηκε, ενσωματώθηκε και δοκιμάστηκε η πρώτη από τις τέσσερις διευκολύνσεις MACAO-VLTI μέσω μιας σειράς παρατηρήσεων. Για αυτές τις δοκιμές, αναπτύχθηκε μια κάμερα υπέρυθρης ακτινοβολίας που επέτρεπε μια λεπτομερή αξιολόγηση της απόδοσης. Παρείχε επίσης πρώτη, εντυπωσιακή θέα διαφόρων ουράνιων αντικειμένων, μερικά από τα οποία εμφανίζονται εδώ.
MACAO - η δυνατότητα προσαρμογής οπτικών εφαρμογών καμπυλότητας πολλαπλών εφαρμογών
Τα συστήματα Adaptive Optics (AO) λειτουργούν μέσω ενός ελεγχόμενου από υπολογιστή παραμορφώσιμου καθρέφτη (DM) που εξουδετερώνει την παραμόρφωση της εικόνας που προκαλείται από την ατμοσφαιρική αναταραχή. Βασίζεται σε οπτικές διορθώσεις σε πραγματικό χρόνο που υπολογίζονται από δεδομένα εικόνας που λαμβάνονται από έναν «αισθητήρα κύματος» (μια ειδική κάμερα) σε πολύ υψηλή ταχύτητα, εκατοντάδες φορές κάθε δευτερόλεπτο.
Το σύστημα ESO Multi Application Curvature Adaptive Optics (MACAO) χρησιμοποιεί έναν παραμορφώσιμο διπλό άξονα (DM) 60 στοιχείων και έναν αισθητήρα κύματος καμπυλότητας 60 στοιχείων, με "κτύπο της καρδιάς" 350 Hz (φορές ανά δευτερόλεπτο). Με αυτήν την υψηλή χωρική και χρονική διορθωτική ισχύ, το MACAO είναι σε θέση να αποκαταστήσει σχεδόν τη θεωρητικά δυνατή (περιορισμένη περίθλαση) ποιότητα εικόνας ενός Τηλεσκοπίου Μονάδας VLT 8,2 m στην εγγύς υπέρυθρη περιοχή του φάσματος, σε μήκος κύματος περίπου 2 μ. Η προκύπτουσα ανάλυση εικόνας (ευκρίνεια) της τάξης των 60 milli-arcsec είναι μια βελτίωση κατά περισσότερο από έναν παράγοντα 10 σε σύγκριση με τις τυπικές παρατηρήσεις περιορισμένης όρασης. Χωρίς το όφελος της τεχνικής AO, τέτοια ευκρίνεια εικόνας θα μπορούσε να επιτευχθεί μόνο εάν το τηλεσκόπιο τοποθετηθεί πάνω από την ατμόσφαιρα της Γης.
Η τεχνική ανάπτυξη του MACAO-VLTI στην παρούσα μορφή της ξεκίνησε το 1999 και με κριτικές έργων σε διαστήματα 6 μηνών, το έργο έφτασε γρήγορα στην ταχύτητα της πλεύσης. Ο αποτελεσματικός σχεδιασμός είναι το αποτέλεσμα μιας πολύ εποικοδομητικής συνεργασίας μεταξύ του τμήματος AO στο ESO και της ευρωπαϊκής βιομηχανίας, η οποία συνέβαλε με την επιμελή κατασκευή πολλών εξαρτημάτων υψηλής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένου του bimorph DM με 60 ενεργοποιητές, ενός άκρου κλίσης γρήγορης αντίδρασης και πολλοι αλλοι. Η συναρμολόγηση, οι δοκιμές και ο συντονισμός απόδοσης αυτού του σύνθετου συστήματος σε πραγματικό χρόνο έγινε από το προσωπικό της ESO-Garching.
Εγκατάσταση στο Paranal
Τα πρώτα κιβώτια της αποστολής 60+ κυβικών μέτρων με εξαρτήματα MACAO έφτασαν στο Παρατηρητήριο Paranal στις 12 Μαρτίου 2003. Λίγο αργότερα, οι μηχανικοί και οι τεχνικοί της ESO ξεκίνησαν την επίπονη συναρμολόγηση αυτού του σύνθετου οργάνου, κάτω από το τηλεσκόπιο VLT 8,2-m KUEYEN ( πρώην UT2).
Ακολούθησαν ένα προσεκτικά σχεδιασμένο σχέδιο, που περιλαμβάνει την εγκατάσταση των ηλεκτρονικών, συστημάτων ψύξης νερού, μηχανικών και οπτικών εξαρτημάτων. Στο τέλος, πραγματοποίησαν την απαιτητική οπτική ευθυγράμμιση, παρέχοντας ένα πλήρως συναρμολογημένο όργανο μία εβδομάδα πριν από τις προγραμματισμένες πρώτες παρατηρήσεις δοκιμής. Αυτή η επιπλέον εβδομάδα παρείχε μια πολύ ευπρόσδεκτη και χρήσιμη ευκαιρία να πραγματοποιήσετε πολλές δοκιμές και βαθμονομήσεις για την προετοιμασία των πραγματικών παρατηρήσεων.
AO στην υπηρεσία της Interferometry
Το VLT Interferometer (VLTI) συνδυάζει το αστρικό φως που συλλαμβάνεται από δύο ή περισσότερα Τηλεσκόπια Μονάδας 8,2- VLT (αργότερα επίσης από τέσσερα κινητά Τηλεσκόπια 1.8 m) και επιτρέπει την ευρεία αύξηση της ανάλυσης εικόνας. Οι ακτίνες φωτός από τα τηλεσκόπια συγκεντρώνονται «σε φάση» (συνεκτικά). Ξεκινώντας από τους πρωτεύοντες καθρέπτες, υποβάλλονται σε πολλές ανακλάσεις κατά μήκος των διαφορετικών τους διαδρομών σε συνολικές αποστάσεις αρκετών εκατοντάδων μέτρων πριν φτάσουν στο ενδομετρικό εργαστήριο όπου συνδυάζονται σε ένα κλάσμα μήκους κύματος, δηλαδή εντός νανομέτρων!
Το κέρδος με την ενδομετρική τεχνική είναι τεράστιο - ο συνδυασμός των φωτεινών ακτίνων από δύο τηλεσκόπια που χωρίζονται από 100 μέτρα επιτρέπει την παρατήρηση των λεπτομερειών που διαφορετικά θα μπορούσαν να επιλυθούν μόνο με ένα τηλεσκόπιο με διάμετρο 100 μέτρων. Η εξελιγμένη μείωση δεδομένων είναι απαραίτητη για την ερμηνεία των ενδομετρικών μετρήσεων και για την εξαγωγή σημαντικών φυσικών παραμέτρων των παρατηρούμενων αντικειμένων, όπως οι διάμετροι των αστεριών κ.λπ., βλ. ESO PR 22/02.
Το VLTI μετρά το βαθμό συνοχής των συνδυασμένων δοκών όπως εκφράζεται από την αντίθεση του παρατηρούμενου ιντερφερόμετρου περιθωρίου. Όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός συνοχής μεταξύ των επιμέρους δοκών, τόσο ισχυρότερο είναι το μετρούμενο σήμα. Αφαιρώντας τις παρεκκλίσεις του κύματος που προκαλούνται από την ατμοσφαιρική αναταραχή, τα συστήματα MACAO-VLTI αυξάνουν τεράστια την αποτελεσματικότητα του συνδυασμού των μεμονωμένων τηλεσκοπίων.
Κατά τη διαδικασία της ενδομετρικής μέτρησης, το φως του αστεριού πρέπει να εγχυθεί σε οπτικές ίνες που είναι εξαιρετικά μικρές για να επιτευχθεί η λειτουργία τους. διαμέτρου μόνο 6? m (0,006 mm). Χωρίς την επανάληψη της δράσης του MACAO, μόνο ένα μικρό κλάσμα του φωτός του αστεριού που συλλαμβάνεται από τα τηλεσκόπια μπορεί να εγχυθεί στις ίνες και το VLTI δεν θα λειτουργούσε στην κορυφή της απόδοσης για την οποία έχει σχεδιαστεί.
Το MACAO-VLTI θα επιτρέψει τώρα την αύξηση του συντελεστή 100 στη ροή του εγχυόμενου φωτός - αυτό θα δοκιμαστεί λεπτομερώς όταν δύο Τηλεσκόπια Μονάδας VLT, και τα δύο εξοπλισμένα με MACAO-VLTI, συνεργάζονται. Ωστόσο, η πολύ καλή απόδοση που επιτυγχάνεται πραγματικά με το πρώτο σύστημα κάνει τους μηχανικούς πολύ σίγουρους ότι πράγματι θα επιτευχθεί κέρδος αυτής της παραγγελίας. Αυτή η τελική δοκιμή θα εκτελεστεί μόλις εγκατασταθεί το δεύτερο σύστημα MACAO-VLTI αργότερα φέτος.
Πρώτο φως MACAO-VLTI
Μετά από ένα μήνα εργασίας εγκατάστασης και μετά από δοκιμές μέσω μιας τεχνητής πηγής φωτός εγκατεστημένη στο κέντρο Nasmyth του KUEYEN, το MACAO-VLTI είχε το «First Light» στις 18 Απριλίου όταν έλαβε «πραγματικό» φως από διάφορα αστρονομικά αντικείμενα.
Κατά τις προηγούμενες δοκιμές απόδοσης για τη μέτρηση της βελτίωσης της εικόνας (ευκρίνεια, συγκέντρωση φωτεινής ενέργειας) σε φασματικές ζώνες εγγύς υπέρυθρων στα 1,2, 1,6 και 2,2 μm, το MACAO-VLTI ελέγχθηκε μέσω μιας προσαρμοσμένης κάμερας δοκιμής υπερύθρων που αναπτύχθηκε για αυτό. σκοπός από την ESO. Αυτή η ενδιάμεση δοκιμή ήταν απαραίτητη για να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του MACAO πριν χρησιμοποιηθεί για να τροφοδοτήσει μια διορθωμένη δέσμη φωτός στο VLTI.
Μετά από λίγες μόνο νύχτες δοκιμών και βελτιστοποίησης των διαφόρων λειτουργιών και παραμέτρων λειτουργίας, το MACAO-VLTI ήταν έτοιμο να χρησιμοποιηθεί για αστρονομικές παρατηρήσεις. Οι παρακάτω εικόνες τραβήχτηκαν υπό συνθήκες μέσης όρασης και δείχνουν τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας κατά τη χρήση MACAO-VLTI.
MACAO-VLTI - Πρώτες εικόνες
Ακολουθούν μερικές από τις πρώτες εικόνες που ελήφθησαν με τη δοκιμαστική κάμερα στο πρώτο σύστημα MACAO-VLTI, τώρα εγκατεστημένο στο τηλεσκόπιο VLT KUEYEN 8,2 m.
Οι φωτογραφίες PR 12b-c / 03 δείχνουν την πρώτη εικόνα στην υπέρυθρη ζώνη Κ (μήκος κύματος 2,2? M) ενός αστεριού (οπτικό μέγεθος 10) που λαμβάνεται χωρίς και με διορθώσεις εικόνας μέσω προσαρμοστικών οπτικών.
Το PR Photo 12d / 03 εμφανίζει μία από τις καλύτερες εικόνες που αποκτήθηκαν με το MACAO-VLTI κατά τη διάρκεια των πρώτων δοκιμών. Δείχνει μια αναλογία Strehl (μέτρο συγκέντρωσης φωτός) που πληροί τις προδιαγραφές σύμφωνα με τις οποίες δημιουργήθηκε το MACAO-VLTI. Αυτή η τεράστια βελτίωση κατά τη χρήση τεχνικών AO αποδεικνύεται σαφώς στη φωτογραφία PR 12e / 03, με το μη διορθωμένο προφίλ εικόνας (αριστερά) σχεδόν ορατό σε σύγκριση με το διορθωμένο προφίλ (δεξιά).
Το PR Photo 11f / 03 δείχνει τις δυνατότητες διόρθωσης του MACAO-VLTI όταν χρησιμοποιείτε ένα αχνό αστέρι οδηγού. Οι δοκιμές που χρησιμοποιούν διαφορετικούς φασματικούς τύπους έδειξαν ότι το περιοριστικό οπτικό μέγεθος κυμαίνεται μεταξύ 16 για αστέρια Β πρώιμου τύπου και περίπου 18 για αστέρια Μ τελευταίου τύπου.
Αστρονομικά αντικείμενα που φαίνονται στο όριο διάθλασης
Τα ακόλουθα παραδείγματα παρατηρήσεων MACAO-VLTI δύο γνωστών αστρονομικών αντικειμένων ελήφθησαν προκειμένου να αξιολογηθούν προσωρινά οι ερευνητικές ευκαιρίες που ανοίγουν τώρα με το MACAO-VLTI. Μπορούν να συγκριθούν με εικόνες που βασίζονται στο διάστημα.
Το Γαλαξιακό Κέντρο
Το κέντρο του δικού μας γαλαξία βρίσκεται στον αστερισμό του Τοξότη σε απόσταση περίπου 30.000 ετών φωτός. Το PR Photo 12h / 03 δείχνει μια υπέρυθρη προβολή μικρής έκθεσης αυτής της περιοχής, που αποκτήθηκε από το MACAO-VLTI κατά τη διάρκεια της πρώτης φάσης δοκιμής.
Πρόσφατες παρατηρήσεις AO που χρησιμοποιούν την εγκατάσταση NACO στο VLT παρέχουν συναρπαστικά στοιχεία ότι μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα με 2,6 εκατομμύρια ηλιακές μάζες βρίσκεται στο κέντρο, βλ. ESO PR 17/02. Αυτό το αποτέλεσμα, βασισμένο σε αστρομετρικές παρατηρήσεις ενός αστεριού σε τροχιά γύρω από τη μαύρη τρύπα και την προσέγγισή του σε απόσταση μόλις 17 ωρών φωτός, δεν θα ήταν δυνατό χωρίς εικόνες περιορισμένης ανάλυσης περίθλασης.
Έτα Καρίνα
Η Eta Carinae είναι ένα από τα βαρύτερα γνωστά αστέρια, με μάζα που πιθανώς υπερβαίνει τις 100 ηλιακές μάζες. Είναι περίπου 4 εκατομμύρια φορές πιο φωτεινό από τον Ήλιο, καθιστώντας το ένα από τα πιο φωτεινά αστέρια γνωστά.
Ένα τέτοιο τεράστιο αστέρι έχει συγκριτικά μικρή διάρκεια ζωής περίπου 1 εκατομμυρίου ετών και - μετρούμενο στο κοσμικό χρονικό διάστημα - η Eta Carinae πρέπει να έχει σχηματιστεί πολύ πρόσφατα. Αυτό το αστέρι είναι εξαιρετικά ασταθές και επιρρεπές σε βίαιες εκρήξεις. Προκαλούνται από την πολύ υψηλή πίεση ακτινοβολίας στα ανώτερα στρώματα του αστεριού, η οποία φυσά σημαντικά τμήματα της ύλης στην «επιφάνεια» στο διάστημα κατά τη διάρκεια βίαιων εκρήξεων που μπορεί να διαρκέσουν αρκετά χρόνια. Η τελευταία από αυτές τις εκρήξεις σημειώθηκε μεταξύ 1835 και 1855 και κορυφώθηκε το 1843. Παρά τη συγκριτικά μεγάλη απόσταση - περίπου 7.500 έως 10.000 έτη φωτός - η Eta Carinae έγινε σύντομα το δεύτερο φωτεινότερο αστέρι στον ουρανό εκείνη την εποχή (με φαινόμενο μέγεθος -1 ), ξεπέρασε μόνο ο Σείριος.
Frosty Leo
Το Frosty Leo είναι ένα αστέρι μεγέθους 11 (μετά το AGB) που περιβάλλεται από ένα φάκελο αερίου, σκόνης και μεγάλες ποσότητες πάγου (εξ ου και το όνομα). Το συσχετισμένο νεφέλωμα έχει σχήμα «πεταλούδας» (διπολική μορφολογία) και είναι ένα από τα πιο γνωστά παραδείγματα της σύντομης μεταβατικής φάσης μεταξύ δύο όψιμων εξελικτικών σταδίων, του ασυμπτωτικού γιγαντιαίου κλάδου (AGB) και των επόμενων πλανητικών νεφελωμάτων (PNe).
Για ένα αντικείμενο τριών ηλιακών μάζας σαν αυτό, αυτή η φάση πιστεύεται ότι διαρκεί μόνο μερικές χιλιάδες χρόνια, το μάτι ενός ματιού στη ζωή του αστεριού. Ως εκ τούτου, αντικείμενα σαν αυτό είναι πολύ σπάνια και ο Frosty Leo είναι ένα από τα πιο κοντινά και φωτεινά μεταξύ τους.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
