Кредит за изображение: ESO
Екип инженери от Европейската южна обсерватория наскоро изпробваха ново съоръжение за адаптивна оптика на много големия телескоп (VLT) в Обсерваторията Паранал в Чили. Тази технология адаптира изображения, направени от телескопа, за да премахне изкривяванията, причинени от земната атмосфера? сякаш се виждат от космоса. Следващата стъпка ще бъде да свържете подобни системи към всички телескопи в съоръжението и след това да ги закачите в голям масив. Това трябва да позволи на обсерваторията да разрешава обектите 100 пъти по-бедни от днешните.
На 18 април 2003 г. екип от инженери от ESO отпразнува успешното изпълнение на „Първа светлина“ за съоръжението за адаптивна оптика MACAO-VLTI на много големия телескоп (VLT) в Обсерваторията Паранал (Чили). Това е втората система за адаптивни оптики (AO), пусната в експлоатация в тази обсерватория, след NACO съоръжението (ESO PR 25/01).
Достижимата острота на изображението на наземния телескоп обикновено е ограничена от ефекта на атмосферните турбуленции. Въпреки това, с помощта на техники за адаптивна оптика (AO), този основен недостатък може да бъде преодолян, така че телескопът да произвежда изображения, които са възможно най-резки, теоретично възможно, т.е., сякаш са взети от космоса.
Съкращението „MACAO“ означава „Адаптивна оптика с многократна кривина“, която се отнася до конкретния начин на извършване на оптични корекции, които „премахват“ замъгляващия ефект на атмосферните турбуленции.
Съоръжението MACAO-VLTI е разработено в ESO. Това е изключително сложна система, от която четири, по един за всеки 8,2-метров телескоп VLT, ще бъде инсталиран под телескопите (в помещенията Coud?). Тези системи коригират изкривяванията на светлинните лъчи от големите телескопи (индуцирани от атмосферната турбулентност), преди да бъдат насочени към общия фокус на VLT интерферометър (VLTI).
Инсталирането на четирите MACAO-VLTI блока, от които вече е налице първото, ще бъде нищо по-малко от революция във VLT интерферометрията. Ще доведе до огромна печалба в ефективността, поради свързаното 100-кратно усилване на чувствителността на VLTI.
Казано с прости думи, с MACAO-VLTI ще стане възможно да се наблюдават небесни обекти 100 пъти по-бледи от сега. Скоро астрономите ще могат да получат гранични смущения с VLTI (ESO PR 23/01) на голям брой обекти, досега недостъпни с тази мощна техника за наблюдение, напр. външни галактики. Последващите изображения и спектри с висока разделителна способност ще отворят изцяло нови перспективи в екстрагалактичните изследвания, а също и в проучванията на много слаби обекти в нашата собствена галактика Млечния път.
През настоящия период е инсталирана, интегрирана и тествана първата от четирите улеснения на MACAO-VLTI чрез серия от наблюдения. За тези тестове е специално разработена инфрачервена камера, която позволява подробна оценка на работата. Той също така предостави някои първи, ефектни гледки към различни небесни обекти, някои от които са показани тук.
MACAO - Устройството за адаптивни оптични оптични криви с много приложения
Системите за адаптивна оптика (AO) работят с помощта на компютърно контролирано деформиращо се огледало (DM), което противодейства на изкривяването на изображението, индуцирано от атмосферна турбулентност. Тя се основава на оптични корекции в реално време, изчислени от изображения на данни, получени от „сензор за вълна“ (специална камера) с много висока скорост, много стотици пъти всяка секунда.
Системата за адаптирана оптична кривина ESO Multi Application (MACAO) използва 60-елементно биморфно деформиращо се огледало (DM) и 60-елементен датчик на кривата на вълната, с "пулс" от 350 Hz (пъти в секунда). С тази висока пространствена и времева коригираща мощност, MACAO е в състояние почти да възстанови теоретично възможното („дифракционно ограничено“) качество на изображението на 8,2-метров телескоп VLT модул в близката инфрачервена област на спектъра при дължина на вълната около 2 м. Получената разделителна способност (рязкост) на изображението от порядъка на 60 милиаркъса е подобрение с повече от коефициент 10 в сравнение със стандартните наблюдения с ограничена видимост. Без ползата от AO техниката такава острота на изображението би могла да се получи само ако телескопът бъде поставен над земната атмосфера.
Техническото развитие на MACAO-VLTI в сегашния му вид е започнало през 1999 г. и с прегледи на проекти на интервали от 6 месеца проектът бързо достига крейсерска скорост. Ефективният дизайн е резултат от много ползотворно сътрудничество между AO отдела в ESO и европейската индустрия, което допринесе с усърдното изработване на множество високотехнологични компоненти, включително биморфния DM с 60 задвижващи механизми, бързо реагиращ накрайник за накланяне и много други. Сглобяването, тестовете и настройката на производителността на тази сложна система в реално време бяха поети от служителите на ESO-Garching.
Инсталиране в Paranal
Първите щайги от 60+ кубически метра пратка с компоненти на MACAO пристигнаха в обсерваторията Паранал на 12 март 2003 г. Малко след това инженерите и техническите специалисти на ESO започнаха усърдната монтажа на този сложен инструмент, под 8,2-метровия телескоп KUEYEN (VLT) ( преди UT2).
Те следваха внимателно планирана схема, включваща инсталиране на електроника, системи за водно охлаждане, механични и оптични компоненти. В крайна сметка те извършиха взискателното оптично привеждане в съответствие, доставяйки напълно сглобен инструмент една седмица преди планираните първи тестови наблюдения. Тази допълнителна седмица предостави много добре дошла и полезна възможност за извършване на множество тестове и калибриране при подготовката на реалните наблюдения.
AO в услугата на Interferometry
Интерферометърът VLT (VLTI) комбинира звездна светлина, заснета от два или повече телескопи с 8,2-VLT модул (по-късно също от четири подвижни 1,8-м помощни телескопи) и позволява значително да се увеличи разделителната способност на изображението. Светлинните лъчи от телескопите се събират "във фаза" (съгласувано). Започвайки от първичните огледала, те претърпяват многобройни отражения по различните си пътеки на общи разстояния от няколкостотин метра, преди да стигнат до интерферометричната лаборатория, където се комбинират в рамките на част от дължината на вълната, т.е. в рамките на нанометри!
Печалбата от интерферометричната техника е огромна - комбинирането на светлинните лъчи от два телескопа, разделени на 100 метра, позволява наблюдение на детайли, които в противен случай биха могли да бъдат разрешени само с един телескоп с диаметър 100 метра. Сложно намаляване на данните е необходимо за интерпретиране на интерферометрични измервания и за извеждане на важни физически параметри на наблюдаваните обекти като диаметрите на звездите и др., Вж. ESO PR 22/02.
VLTI измерва степента на кохерентност на комбинираните лъчи, изразена от контраста на наблюдавания интерферометричен модел на ресни. Колкото по-висока е степента на кохерентност между отделните лъчи, толкова по-силен е измереният сигнал. Чрез премахване на отклоненията на вълната, въведени от атмосферни турбуленции, системите MACAO-VLTI значително увеличават ефективността на комбинирането на отделните лъчи на телескопа.
В процеса на интерферометрично измерване звездната светлина трябва да се инжектира в оптични влакна, които са изключително малки, за да изпълнят функцията си; диаметър само 6 м (0,006 мм). Без действието на „пренасочване“ на MACAO, само малка част от звездната светлина, заснета от телескопите, може да се инжектира във влакната и VLTI няма да работи с пика на ефективност, за който е проектиран.
MACAO-VLTI вече ще позволи усилване на фактор 100 в инжектирания светлинен поток - това ще бъде тествано подробно, когато два телескопа VLT Unit, и двата оборудвани с MACAO-VLTI, работят заедно. Въпреки това, много добрите резултати, действително постигнати с първата система, правят инженерите много уверени, че наистина ще бъде постигната печалба от тази поръчка. Този краен тест ще бъде извършен веднага щом втората система MACAO-VLTI е инсталирана по-късно тази година.
MACAO-VLTI Първа светлина
След едномесечна инсталационна работа и след тестове с помощта на изкуствен източник на светлина, инсталиран в фокуса на Насмит на KUEYEN, MACAO-VLTI има „Първа светлина“ на 18 април, когато получава „истинска“ светлина от няколко астрономически обекта.
По време на предходните тестове за ефективност за измерване на подобрението на изображението (острота, концентрация на светлинна енергия) в близки инфрачервени спектрални ленти при 1,2, 1,6 и 2,2 µm, MACAO-VLTI беше проверен с помощта на специално направена инфрачервена тестова камера, разработена за това цел от ЕСО. Този междинен тест беше необходим за осигуряване на правилното функциониране на MACAO, преди да се използва за подаване на коригиран лъч светлина в VLTI.
След само няколко нощи тестване и оптимизиране на различните функции и работни параметри, MACAO-VLTI беше готов да бъде използван за астрономически наблюдения. Изображенията по-долу са направени при средни условия на видимост и илюстрират подобряването на качеството на изображението при използване на MACAO-VLTI.
MACAO-VLTI - Първи изображения
Ето някои от първите изображения, получени с тестовата камера при първата система MACAO-VLTI, сега инсталирана на 8,2-метровия телескоп VLT KUEYEN.
PR снимки 12b-c / 03 показват първото изображение в инфрачервената K-диапазон (дължина на вълната 2,2 µm) на звезда (зрителна величина 10), получена без и с корекции на изображението с помощта на адаптивна оптика.
PR Photo 12d / 03 показва едно от най-добрите изображения, получени с MACAO-VLTI по време на ранните тестове. Той показва съотношение Strehl (мярка за концентрация на светлина), което отговаря на спецификациите, според които MACAO-VLTI е построен. Това огромно подобрение при използване на AO техники е ясно демонстрирано в PR Photo 12e / 03, като некоригираният профил на изображението (вляво) почти не се вижда в сравнение с коригирания профил (вдясно).
PR Photo 11f / 03 демонстрира възможностите за корекция на MACAO-VLTI при използване на слаба водеща звезда. Тестовете, използващи различни спектрални типове, показаха, че ограничаващата зрителна величина варира между 16 за ранните B-звезди и около 18 за M-звездите от късен тип.
Астрономически обекти, видени на границата на дифракцията
Следните примери за наблюдения на MACAO-VLTI на два добре известни астрономически обекта бяха получени с цел временна оценка на възможностите за изследване, които сега се отварят с MACAO-VLTI. Може да се сравнят с космически изображения.
Галактическият център
Центърът на нашата собствена галактика се намира в съзвездието Стрелец на разстояние приблизително 30 000 светлинни години. PR Photo 12h / 03 показва инфрачервен изглед на къса експозиция на този регион, получен от MACAO-VLTI по време на ранната фаза на тестване.
Последните наблюдения на AO, използващи съоръжението NACO във VLT, дават убедителни доказателства, че в самия център се намира свръхмасивна черна дупка с 2,6 милиона слънчеви маси, вж. ESO PR 17/02. Този резултат, базиран на астрометрични наблюдения на звезда, която обикаля около черната дупка и я приближава до разстояние от само 17 светлинни часа, не би била възможна без изображения с ограничена дифракционна резолюция.
Eta Carinae
Eta Carinae е една от най-тежките звезди, известна с маса, която вероятно надвишава 100 слънчеви маси. Той е около 4 милиона пъти по-ярък от Слънцето, което го прави една от най-светещите звезди, известни.
Такава масивна звезда има сравнително кратък живот само около 1 милион години и - измерена в космическия времеви диапазон - Ета Карина трябва да се е образувала съвсем наскоро. Тази звезда е силно нестабилна и податлива на насилствени изблици. Те са причинени от много високото радиационно налягане в горните слоеве на звездата, което издухва значителни части от материята на „повърхността“ в космоса по време на силни изригвания, които могат да продължат няколко години. Последният от тези изблици се случи между 1835 и 1855 г. и достигна връх през 1843 г. Въпреки сравнително голямото разстояние - около 7500 до 10 000 светлинни години - Ета Карина за кратко стана втората най-ярката звезда на небето по това време (с видима магнитуд -1 ), надминат само Сириус.
Мразовит Лъв
Frosty Leo е звезда с магнитуд 11 (след AGB), заобиколена от обвивка от газ, прах и големи количества лед (оттук и името). Свързаната мъглявина е с форма на пеперуда (биполярна морфология) и е един от най-известните примери за кратката преходна фаза между два късни еволюционни етапа, асимптотичен гигантски клон (AGB) и следващите планетарни мъглявини (PNe).
За обект с три слънчеви маси като този, се смята, че тази фаза ще продължи само няколко хиляди години, намигване на око в живота на звездата. Следователно предмети като този са много редки и Мразовитият Лъв е един от най-близките и най-ярките сред тях.
Оригинален източник: ESO News Release
