Credit imagine: UC Berkeley
Universitatea din California, Berkeley, astronomii au profitat de un sistem de stele cu ghid laser montat recent la Observatorul Lick al UC pentru a obține imagini ascuțite, fără sclipire, ale slabelor discuri prăfuite ale stelelor masive îndepărtate. Imaginile arată clar că stelele de două până la trei ori mai mari decât formează soarele în același mod ca stelele de tip solar - în interiorul unui nor sferic învolburat care se prăbușește într-un disc, ca acela din care a apărut soarele și planetele sale.
Fasciculul laser galben care străpunge cerurile peste Lick Observatory a devenit operațional pe telescopul Shane de 10 metri, extinzând utilizarea sistemului „oglindă de cauciuc” a telescopului, numit optică adaptivă, pe întregul cer nocturn. Adăugarea laserului face ca Lick să fie singurul observator care să ofere o stea ghid laser pentru utilizarea de rutină.
Echipa UC Berkeley și colegii săi din UC Santa Cruz’s Center for Adaptive Optics și Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) își raportează rezultatele la numărul 27 februarie al revistei Science.
„Paradigma pentru stele precum soarele nostru este prăbușirea gravitațională a unui nor la un protostar și un disc de acreție asemănător unei clătite, dar există o anumită masă la care aceasta nu poate funcționa - luminozitatea stelei devine suficientă pentru a perturba discul și se desparte cât de repede se strânge ”, a declarat James R. Graham, profesor de astronomie la UC Berkeley. „Datele noastre arată că paradigma modelului standard funcționează în continuare pentru stele de două până la trei ori mai masive decât soarele.”
„Fără optică adaptivă, am vedea doar un blob mare de la sol și nu vom putea detecta niciuna dintre structurile fine din jurul surselor”, a adăugat studentul absolvent al UC Berkeley, Marshall D. Perrin. „Observațiile noastre oferă un sprijin puternic pentru o perspectivă emergentă conform căreia stelele de masă joasă și intermediară se formează într-un mod similar.”
Un tel optic adaptiv, care înlătură efectele încețoșate ale turbulenței atmosferice, a fost adăugat la telescopul Lhane’s Shane în 1996. Cu toate acestea, la fel ca toate celelalte telescoape cu optică adaptivă astăzi, inclusiv telescopurile Keck cu 10 metri în Hawaii, telescopul Lick a avut să se bazeze pe stele strălucitoare din câmpul vizual pentru a oferi referința necesară pentru a elimina estomparea. Doar aproximativ unu până la 10 la sută din obiectele din cer sunt suficient de aproape de o stea strălucitoare pentru a funcționa un astfel de sistem „natural” de stele de ghid.
Laserul de vopsea de sodiu, dezvoltat de oamenii de știință cu laser Deanna M. Pennington și Herbert Friedman de la LLNL, finalizează în sfârșit sistemul optic adaptiv, astfel încât astronomii să-l poată folosi pentru a vizualiza orice parte a cerului, indiferent dacă este sau nu o stea strălucitoare în apropiere.
Legat de alezajul telescopului Lick, laserul strălucește un fascicul îngust de aproximativ 60 de mile prin zona turbulentă în atmosfera superioară, unde lumina laser stimulează atomii de sodiu să absoarbă și să reemită lumină de aceeași culoare. Sodul provine din micrometeoritele care se aprind și se evaporă pe măsură ce intră în atmosfera Pământului.
Locul galben strălucitor creat în atmosferă este echivalent cu o stea cu magnitudinea a noua - de aproximativ 40 de ori mai slabă decât ochiul uman poate vedea. Cu toate acestea, oferă o sursă constantă de lumină la fel de eficientă ca o stea strălucitoare.
„Folosim acea lumină pentru a măsura turbulența din atmosferă de pe telescopul nostru de sute de ori pe secundă, apoi folosim informațiile respective pentru a forma o oglindă flexibilă specială, astfel încât atunci când lumina, atât din laser cât și din ținta dvs. sunteți uitându-se, respinge din ea, efectele turbulenței sunt înlăturate ", a declarat Claire Max, profesor de astronomie și astrofizică la UC Santa Cruz, director adjunct al Centrului de Optică Adaptivă și cercetător la LLNL care a lucrat pentru mai mult peste 10 ani pentru a dezvolta un sistem laser cu ghid laser.
Într-una din primele teste ale acestui sistem, Graham și Perrin au transformat telescopul pe stele rare, tinere, masive, numite stele Herbig Ae / Be, care sunt neplăcute din pământ și, de obicei, prea slabe pentru a fi imaginate de optica adaptivă a stelelor de ghid. Stelele Herbig Ae / Be, cu mase între 1,5 și 10 ori mai mari decât cele ale soarelui și probabil mai puțin de 10 milioane de ani, sunt considerate a fi începuturile unor stele masive - stele care vor sfârși ca stelele calde, de tip A Sirius și Vega. Stelele Herbig Ae / Be au fost catalogate cu ani în urmă de către astronomul UC Santa Cruz George Herbig, acum la Universitatea din Hawaii.
Cele mai masive dintre stelele Herbig Ae / Be sunt de mare interes, deoarece acestea sunt cele care suferă explozii de supernova care sămânță galaxia cu atomi grei, făcând planete solide și chiar viață posibilă. De asemenea, acestea declanșează formarea stelelor în nori din apropiere.
Ceea ce au văzut astronomii a fost foarte similar cu imaginea cunoscută a stelelor T Tauri, care sunt etapele formative ale stelelor cu până la 50 la sută mai mari decât soarele nostru și până la 100 de milioane de ani. Imaginile celor două stele Herbig Ae / Be arată clar o linie întunecată care traversează fiecare stea, cauzată de un disc care blochează strălucirea strălucitoare a stelei și de un halo sferic strălucitor de praf și gaz care înfășoară steaua și discul. În fiecare stea, pot apărea două jeturi de gaz și praf care ies din poli ai discului de acumulare.
Cele două stele, catalogate ca LkH (198 și LkH (233 (surse de hidrogen-alfa Lick)) se află la 2.000 și, respectiv, 3.400 de ani lumină, într-o regiune îndepărtată a galaxiei Calea Lactee.
„Materialul din norul protostelar nu poate cădea direct în steaua infantilă, așa că aterizează mai întâi pe un disc de acreție și se mișcă doar spre interior pentru a cădea pe stea după ce și-a vărsat impulsul unghiular”, a explicat Perrin. „Acest proces de transfer al momentului unghiular, împreună cu evoluția câmpurilor magnetice, conduc la lansarea fluxurilor bipolare. Aceste ieșiri în cele din urmă șterg plicul, lăsând o stea nou-născută înconjurată de un disc de acreție. Peste câteva milioane de ani, restul materialului din disc este micșorat, lăsând în urmă doar tânăra stea. "
Perrin a adăugat că Telescopul spațial Hubble a oferit „imagini foarte clare, lipsite de ambiguitate ale discurilor și ieșirilor din jurul stelelor T Tauri”, confirmând teoriile despre formarea de stele precum soarele nostru. Dar, datorită rarității relative a stelelor Herbig Ae / Be, date până acum clare pentru aceste stele au lipsit, a spus el.
Astronomii au propus ca stelele foarte masive să se formeze din coliziunea a două sau mai multe stele, sau într-un nor turbulent, spre deosebire de discul care se învârte. Interesant este că o a treia stea a imaginat în aceeași noapte de Graham și Perrin s-au dovedit a fi două stele asemănătoare soarelui, cu o panglică de gaz și praf între ele, arătând suspicios ca o stea care captează materia de la cealaltă.
Graham speră să fotografieze stele Herbig Ae / Be mai masive pentru a vedea dacă modelul standard de formare a stelelor se extinde la stele și mai mari. Imaginile detaliate ale stelelor Herbig Ae / Be datorează atât noului sistem de stele ghid laser, cât și un polarimetru de imagistică cu infraroșu aproape construit de Perrin și adăugat la camera infraroșu Berkeley Near infraroșu (IRCAL) montat deja pe telescop.
„Fără polarimetru, lumina de la stele ascunde în mare măsură structurile din jurul lor”, a spus Perrin. „Polimetrul separă lumina stelară nepolarizată de lumina răspândită polarizată de praful circumstanțial, ceea ce crește detectabilitatea acelui praf. După ce am dezvoltat această tehnică la Lick, va fi posibil să o extindem la telescoapele Keck de 10 metri, deoarece sistemul stelelor cu ghid laser devine operativ. "
Polimeterul împarte lumina din imagine în cele două polarizări ale sale folosind un nou tip de cristal birefringent, format din litiu, litiu și fluor (LiYF4), o îmbunătățire față de cristalele de calcită folosite până în prezent.
Multe alte grupuri dezvoltă lasere pentru a fi utilizate ca stele-ghid, dar grupul lui Max a fost în fața concurenților de la prima demonstrare a conceptului la începutul anilor 1990 la Livermore. De atunci, ea și colegii au perfecționat laserul și software-ul care permite oglinzii - în cazul telescopului Lick de 120 de inci, o oglindă secundară de 3 inci din interiorul telescopului principal - să fie flexate drept pentru a elimina sclipirea din stele.
Laserul de 11 - 12 watt este un laser colorant de sodiu reglat la frecvența care va excita atomii reci de sodiu din atmosferă. Laserul de colorant este pompat de un laser YAG de neodim verde, un frate mai mare pentru indicatoarele laser de miliwatt verzi disponibile.
„Motivul pentru care putem face acum știință cu sistemul de stele cu ghid laser este că fiabilitatea și capacitatea de utilizare a acestuia sunt atât de îmbunătățite”, a spus Graham. „Laserul deschide optici adaptive către o comunitate mult mai mare.”
„Cred că va fi un instrument de calificare la Lick”, a adăugat Max. „Laserul în sine și hardware-ul sistemului optic adaptiv sunt destul de stabile și destul de robuste. Ceea ce se va întâmpla acum este că oamenii vor face astronomie cu ea, vor dezvolta noi tehnici pentru a-l observa, vor încerca pe noi tipuri de obiecte. În mod obișnuit, un astronom bun va veni să facă lucruri cu instrumentul tău pe care nu ți-l imaginai niciodată. ”
Max și colegii ei au testat un sistem identic cu laser ghid la telescopurile Keck din Hawaii, dar nu este încă pregătit pentru utilizarea de rutină, a spus ea.
"Keck utilizează aceeași tehnologie pe care o avem la Lick", a spus Max. „Mă aștept să văd această tehnologie generală folosită pe majoritatea telescoapelor, dar cu diferite tipuri de lasere. Oamenii inventează noi tipuri de lasere la dreapta și la stânga, așa că cred că jocul rămâne să se rezolve. "
Alți autori ai lucrării Science, în afară de Graham, Perrin, Max și Pennington, sunt afiliați la Centrul Național de Știință pentru Optica Adaptivă, centrat la UC Santa Cruz: astronomul asistent de cercetare Paul Kalas al UC Berkeley, James P. Lloyd al Institutul de Tehnologie din California, Donald T. Gavel, de la Laboratorul UC Santa Cruz al Opticii Adaptive, și Elinor L. Gates al UC Observatori / Lick Observatory.
Observațiile și dezvoltarea stelei cu ghid laser au fost finanțate de Fundația Națională de Știință și Departamentul de Energie al SUA.
Sursa originală: Comunicat de presă al UC Berkeley
