Кредит за изображение: UC Berkeley
Калифорнийският университет в Бъркли, астрономите са се възползвали от наскоро монтирана лазерна система за водещи звезди в обсерваторията Лик на UC, за да получат остри, без мигновения изображения на слабите прашни дискове на далечни масивни звезди. Изображенията ясно показват, че звезди два до три пъти по-големи от слънцето образуват по същия начин като звездите от слънчевия тип - вътре във вихрен сферичен облак, който се срутва в диск, подобен на този, от който изплува слънцето и неговите планети.
Жълтият лазерен лъч, пронизващ небето над обсерваторията Лик, започна да работи на 10-футовия телескоп Shane миналата година, разширявайки използването на системата „гумено огледало“ на телескопа, наречена адаптивна оптика, към цялото нощно небе. Добавянето на лазера прави Лик единствената обсерватория, която осигурява лазерна водеща звезда за рутинна употреба.
Екипът на UC Berkeley и неговите колеги от Националния център за адаптивна оптика и Националната лаборатория на Лоръл Ливърмор (UCL Santa Santa Cruz) отчитат резултатите си в броя на 27 февруари на списанието Science.
„Парадигмата за звезди като нашето слънце е гравитационно срутване на облак до протостар и подобен на палачинка диск за натрупване, но има някаква маса, при която това не може да работи - светимостта на звездата става достатъчна, за да разруши диска, и той се разпада толкова бързо, колкото се събира заедно “, каза Джеймс Р. Греъм, професор по астрономия в UC Berkeley. "Нашите данни показват, че стандартната моделна парадигма все още работи за звезди два до три пъти по-масивни от слънцето."
„Без адаптивна оптика ние виждаме само голямо размито петно от земята и не бихме могли да открием никоя от фината структура около източниците“, добави аспирантката на UC Berkeley Marshall D. Perrin. „Нашите наблюдения осигуряват силна подкрепа за възникващото виждане, че звездите с ниска и междинна маса се формират по подобен начин.“
Адаптивна оптична система, която премахва замъгляващите ефекти от атмосферните турбуленции, е добавена към телескопа на Лик Шейн през 1996 г. Въпреки това, както всички други телескопи с адаптивна оптика днес, включително двойните 10-метрови телескопи Keck в Хавай, телескопът Лик е имал да разчитате на ярки звезди в зрителното поле, за да предоставите референцията, необходима за премахване на замъгляването. Само около един до 10 процента от обектите в небето са достатъчно близо до ярка звезда, за да работи такава „естествена“ система от водещи звезди.
Лазерът за натриево боядисване, разработен от учени за лазерно изкуство Диана М. Пеннингтън и Хърбърт Фридман от LLNL, най-накрая завършва адаптивната оптика, за да могат астрономите да я използват за преглед на всяка част от небето, независимо дали ярка звезда е наблизо или не.
Привързан към отвора на телескопа Лик, лазерът свети тесен лъч на около 60 мили през турбулентната зона в горната атмосфера, където лазерната светлина стимулира натриевите атоми да поемат и да излъчват отново светлина от същия цвят. Натрият идва от микрометеорити, които пламват и се изпаряват, когато навлизат в земната атмосфера.
Създаденото в атмосферата жълто петно е еквивалентно на звезда от 9-та величина - около 40 пъти по-бледа, отколкото човешкото око може да види. Въпреки това, той осигурява постоянен източник на светлина, също толкова ефективен, колкото ярка далечна звезда.
„Използваме тази светлина за измерване на турбулентността в атмосферата над телескопа ни стотици в секунда, а след това използваме тази информация, за да оформим специално гъвкаво огледало по такъв начин, че когато светлината, както от лазера, така и от целта, която сте вие гледайки, отскача от него, ефектите на турбулентността се отстраняват “, казва Клер Макс, професор по астрономия и астрофизика в UC Santa Cruz, заместник-директор на Центъра за адаптивна оптика и изследовател в LLNL, който работи за още повече от 10 години за разработване на лазерна система за водещи звезди
В един от първите тестове на тази система Греъм и Перин насочиха телескопа към редки, млади, масивни звезди, наречени Herbig Ae / Be звезди, които са размити от земята и обикновено са твърде слаби, за да бъдат изобразени от естествената водеща адаптивна оптика. Звездите на Herbig Ae / Be, с маса между 1,5 и 10 пъти по-голяма от тази на слънцето и вероятно на по-малко от 10 милиона години, се считат за начало на масивни звезди - звезди, които ще завършат като горещите, звезди от тип А Сириус и Вега. Звездите на Herbig Ae / Be бяха каталогизирани преди години от астронома на UC Santa Cruz Джордж Хербиг, сега в Университета на Хавай.
Най-масивните от звездите Herbig Ae / Be представляват голям интерес, защото те са тези, които претърпяват свръхнови експлозии, които засяват галактиката с тежки атоми, което прави твърди планети и дори живот възможен. Те също задействат образуването на звезди в близките облаци.
Това, което видяха астрономите, беше много подобно на известната картина на звездите на Т Таури, които са формиращите етапи на звезди до 50 процента по-големи от нашето слънце и до 100 милиона години. Снимките на двете Herbig Ae / Be звезди ясно показват тъмна линия, разделяща всяка звезда, причинена от диск, блокиращ яркия отблясък на звездата, и светещ сферичен ореол от прах и газ, обгръщащ звездата и диска. Във всяка звезда могат да изглеждат две струи газ и прах, излизащи от полюсите на диска за натрупване.
Двете звезди, описани като LkH (198 и LkH (233 (източници на водород-алфа Lick)), са на 2 000 и 3400 светлинни години, съответно, в далечен район на галактиката Млечен път.
„Материалът от протозвездния облак не може да попадне директно в детската звезда, така че първо се приземява в аккреционен диск и се придвижва навътре, за да падне върху звездата, след като е хвърлила ъгловата си скорост“, обясни Перин. „Този процес на прехвърляне на ъглов импулс, заедно с еволюцията на магнитните полета, води до стартиране на биполярните оттоци. Тези оттоци в крайна сметка изчистват обвивката, оставяйки новородено звезда, заобиколена от диск за натрупване. За няколко милиона години останалата част от материала в диска се натрупва, оставяйки само младата звезда. “
Перин добави, че космическият телескоп Хъбъл е предоставил "много ясно изразени, недвусмислени изображения на дискове и отливи около звездите на Т Таури", потвърждавайки теориите за образуването на звезди като нашето слънце. Но поради относителната рядкост на звездите Herbig Ae / Be, такива ясни данни за тези звезди липсват досега, каза той.
Астрономите предложиха много масивни звезди да се образуват от сблъсъка на две или повече звезди или в бурен облак за разлика от въртящия се диск за нарастване. Интересното е, че трета звезда, представена същата нощ от Греъм и Перин, се оказа две звезди, подобни на слънце, с панделка от газ и прах помежду им, изглеждащи подозрително като една звезда, улавяща материя от другата.
Греъм се надява да снима по-масивни звезди Herbig Ae / Be, за да види дали стандартният модел за формиране на звезди се простира до още по-големи звезди. Детайлните изображения на звездите Herbig Ae / Be дължат толкова много на новата лазерна система за водещи звезди, колкото на почти инфрачервения поляриметър за изображения, изграден от Perrin и добавен към близо до инфрачервената камера на Беркли (IRCAL), която вече е монтирана на телескопа.
„Без поляриметър светлината от звездите до голяма степен затъмнява структурите около тях“, каза Перин. „Поляриметърът отделя неполяризирана звездна светлина от поляризирана разсеяна светлина от обиколката на обиколката, което увеличава откриваемостта на този прах. Сега, когато разработихме тази техника в Lick, ще бъде възможно да я разширим до 10-метровите телескопи Keck, когато лазерната система за водещи звезди там започне да функционира. "
Поляриметърът разделя светлината от изображението на двете си поляризации, използвайки нов тип двурефригентен кристал, направен от литий, итрий и флуор (LiYF4), подобрение спрямо използваните досега кристали на калцит.
Много други групи разработват лазери, които да се използват като водещи звезди, но групата на Макс изпревари конкурентите си, тъй като за първи път демонстрира концепцията в началото на 90-те години в Ливърмор. Оттогава тя и колегите й усъвършенстват лазера и софтуера, който позволява огледалото - в случай на 120-инчовия телескоп на Лик, 3-инчово вторично огледало вътре в основния телескоп - да се огъва точно вдясно, за да премахне мигнето от звезди.
Лазерът от 11 до 12 вата е лазер с натриева боя, настроен на честотата, която ще възбужда студените натриеви атоми в атмосферата. Багрилният лазер се изпомпва от зелен неодимов лазер YAG, по-голям брат на леснодостъпните зелени миливатови лазерни указатели.
"Причината, по която сега можем да правим наука с лазерната система за водещи звезди, е, че нейната надеждност и използваемост са толкова подобрени", каза Греъм. „Лазерът отваря адаптивна оптика за много по-голяма общност.“
„Мисля, че това ще бъде инструмент на работните кончета в Лик“, добави Макс. „Самият лазер и хардуерната система за адаптивна оптика са доста стабилни и доста здрави. Това, което ще се случи сега, е, че хората ще правят астрономия с него, те ще разработят нови техники за наблюдение с нея, пробват ги върху нови видове обекти. По типичния начин добър астроном ще дойде и ще направи неща с вашия инструмент, каквито никога не сте си представяли. "
Макс и нейните колеги са тествали идентична лазерна система за водещи звезди на телескопите Keck в Хавай, но тя все още не е готова за рутинна употреба, каза тя.
"Keck използва същата технология, която имаме в Лик", каза Макс. „Очаквам да видя тази обща технология, използвана на повечето телескопи, но с различни видове лазери. Хората измислят нови видове лазери отдясно и отляво, така че смятам, че играта остава да се уталожи. "
Други автори на научния материал, освен Греъм, Перин, Макс и Пеннингтън, са свързани с Центъра за адаптивна оптика на Националната фондация за наука, съсредоточен в UC Santa Cruz: асистент-изследовател астроном Пол Калас от UC Berkeley, Джеймс П. Лойд от Калифорнийският технологичен институт, Доналд Т. Гавел от UC Santa Cruz Laboratory for Adaptive Optics и Elinor L. Gates от UC Observatories / Lick Observatory.
Наблюденията и разработването на звездата за лазерни водачи са финансирани от Националната научна фондация и американския департамент по енергетика.
Оригинален източник: UC Berkeley News Release
