Afbeelding tegoed: UC Berkeley
Universiteit van Californië, Berkeley, astronomen hebben geprofiteerd van een recent gemonteerd lasergeleid sterrensysteem bij UC's Lick Observatory om scherpe, twinkelende beelden te verkrijgen van de zwakke stoffige schijven van verre verre sterren. De afbeeldingen laten duidelijk zien dat sterren twee tot drie keer groter zijn dan de zon op dezelfde manier als sterren van het zonnetype - in een wervelende bolvormige wolk die instort tot een schijf, zoals die waaruit de zon en zijn planeten tevoorschijn kwamen.
De gele laserstraal die de hemel boven Lick Observatory doorboorde, werd vorig jaar operationeel op de 10-voet Shane-telescoop, waardoor het gebruik van het 'rubberen spiegelsysteem' van de telescoop, adaptieve optiek genaamd, werd uitgebreid naar de hele nachtelijke hemel. Door de toevoeging van de laser is Lick het enige observatorium dat een lasergeleider voor routinematig gebruik levert.
Het UC Berkeley-team en zijn collega's van UC Santa Cruz’s Centre for Adaptive Optics en Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) rapporteren hun resultaten in het nummer van 27 februari van het tijdschrift Science.
"Het paradigma voor sterren zoals onze zon is het door de zwaartekracht ineenstorten van een wolk tot een protoster en een pannenkoekachtige aanwasschijf, maar er is een massa waarbij dit niet kan werken - de helderheid van de ster wordt voldoende om de schijf te verstoren, en het valt even snel uit elkaar als het samen trekt ', zegt James R. Graham, professor in de astronomie aan UC Berkeley. "Onze gegevens tonen aan dat het standaardmodelparadigma nog steeds werkt voor sterren die twee tot drie keer zo zwaar zijn als de zon."
"Zonder adaptieve optica zouden we alleen een grote wazige klodder van de grond zien en zouden we geen van de fijne structuren rond de bronnen kunnen detecteren", voegde Marshall D. Perrin, afgestudeerd aan UC Berkeley, toe. "Onze waarnemingen ondersteunen een opkomende opvatting dat sterren met een lage en middelzware massa zich op een vergelijkbare manier vormen."
Een adaptief optisch systeem, dat de vervagingseffecten van atmosferische turbulentie wegneemt, werd in 1996 aan de Lick's Shane-telescoop toegevoegd. Maar net als alle andere telescopen met adaptieve optiek vandaag, inclusief de dubbele 10-meter Keck-telescopen op Hawaï, heeft de Lick-telescoop vertrouwen op heldere sterren in het gezichtsveld om de referentie te bieden die nodig is om de onscherpte te verwijderen. Slechts ongeveer één tot tien procent van de objecten aan de hemel zijn voldoende dichtbij een heldere ster om zo'n 'natuurlijk' gidssterrensysteem te laten werken.
De natriumverflaser, ontwikkeld door aaslaserwetenschappers Deanna M. Pennington en Herbert Friedman van LLNL, voltooit eindelijk het adaptieve optische systeem, zodat astronomen het kunnen gebruiken om elk deel van de hemel te bekijken, of een heldere ster nu in de buurt is of niet.
Vastgebonden aan de boring van de Lick-telescoop, schijnt de laser een smalle straal van ongeveer 60 mijl door de turbulente zone in de bovenste atmosfeer, waar het laserlicht natriumatomen stimuleert om licht van dezelfde kleur te absorberen en opnieuw uit te zenden. Het natrium is afkomstig van micrometeorieten die vlam vatten en verdampen wanneer ze de atmosfeer van de aarde binnenkomen.
De gele gloeiende plek die in de atmosfeer wordt gecreëerd, komt overeen met een ster met een magnitude van 9 - ongeveer 40 keer zwakker dan het menselijk oog kan zien. Desalniettemin biedt het een stabiele lichtbron die net zo effectief is als een heldere verre ster.
“We gebruiken dat licht om de turbulentie in de atmosfeer honderden keren per seconde over onze telescoop te meten en gebruiken die informatie vervolgens om een speciale flexibele spiegel te vormen, zodat wanneer het licht, zowel van de laser als van het doelwit, je bent kijkend, stuitert het weg, worden de effecten van de turbulentie verwijderd ”, zegt Claire Max, een professor in astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz, adjunct-directeur van het Centrum voor Adaptieve Optica en een onderzoeker bij LLNL die heeft gewerkt voor meer dan 10 jaar om een lasergeleid sterrensysteem te ontwikkelen.
In een van de eerste tests van dit systeem richtten Graham en Perrin de telescoop op zeldzame, jonge, massieve sterren, Herbig Ae / Be-sterren genoemd, die wazig zijn van de grond en typisch te zwak zijn om te worden afgebeeld door natuurlijke adaptieve optieken met gidssterren. Herbig Ae / Be-sterren, met massa's tussen 1,5 en 10 keer die van de zon en waarschijnlijk minder dan 10 miljoen jaar oud, worden beschouwd als het begin van massieve sterren - sterren die zullen eindigen als de hete, Type A-sterren Sirius en Vega. Herbig Ae / Be-sterren werden jaren geleden gecatalogiseerd door UC Santa Cruz-astronoom George Herbig, nu aan de Universiteit van Hawaï.
De meest massieve van de Herbig Ae / Be-sterren zijn van groot belang omdat zij degenen zijn die supernova-explosies ondergaan die de melkweg met zware atomen bezaaien, waardoor solide planeten en zelfs leven mogelijk worden. Ze veroorzaken ook stervorming in nabijgelegen wolken.
Wat de astronomen zagen, leek erg op het bekende beeld van T Tauri-sterren, de vormende stadia van sterren die tot 50 procent groter zijn dan onze zon en tot 100 miljoen jaar oud. Afbeeldingen van de twee Herbig Ae / Be-sterren tonen duidelijk een donkere lijn die elke ster doorsnijdt, veroorzaakt door een schijf die de heldere schittering van de ster blokkeert, en een gloeiende bolvormige halo van stof en gas die de ster en schijf omhult. In elke ster kunnen twee stralen gas en stof uit de polen van de accretieschijf lijken te komen.
De twee sterren, gecatalogiseerd als LkH (198 en LkH (233 (Lik waterstof-alfa-bronnen)), zijn respectievelijk 2.000 en 3.400 lichtjaar verwijderd in een ver gebied van het Melkwegstelsel.
"Materiaal van de protostellaire wolk kan niet rechtstreeks in de babyster vallen, dus landt het eerst in een accretieschijf en beweegt het pas naar binnen om op de ster te vallen nadat het zijn impulsmoment heeft afgeworpen," legde Perrin uit. “Dat proces van impulsmomentoverdracht, samen met de evolutie van magnetische velden, leidt tot de lancering van de bipolaire uitstromen. Deze uitstromen ruimen uiteindelijk de envelop op, waardoor een pasgeboren ster omringd wordt door een accretieschijf. Over een paar miljoen jaar wordt de rest van het materiaal op de schijf geaccumuleerd, waardoor alleen de jonge ster achterblijft. ”
Perrin voegde eraan toe dat de Hubble-ruimtetelescoop "zeer duidelijke, ondubbelzinnige beelden van schijven en uitstromen rond T Tauri-sterren heeft opgeleverd", wat de theorieën over de vorming van sterren zoals onze zon bevestigt. Maar vanwege de relatieve zeldzaamheid van Herbig Ae / Be-sterren ontbraken zulke duidelijke gegevens voor die sterren tot nu toe, zei hij.
Astronomen hebben voorgesteld dat zeer zware sterren ontstaan door de botsing van twee of meer sterren, of in een turbulente wolk, in tegenstelling tot de wervelende accretieschijf. Interessant is dat een derde ster die dezelfde nacht door Graham en Perrin werd afgebeeld, twee zonachtige sterren bleek te zijn met een lint van gas en stof ertussen, die er verdacht veel op leek dat de ene ster materie van de andere vastlegde.
Graham hoopt zwaardere Herbig Ae / Be-sterren te fotograferen om te zien of het standaardmodel voor stervorming zich uitstrekt tot nog grotere sterren. De gedetailleerde beelden van de Herbig Ae / Be-sterren zijn zowel te danken aan het nieuwe lasergeleide-sterrenstelsel als aan een nabij-infraroodbeeldvormingspolarimeter die door Perrin is gebouwd en is toegevoegd aan de Berkeley Near Infrared Camera (IRCAL) die al op de telescoop is gemonteerd.
'Zonder polarimeter verduistert het licht van de sterren grotendeels de structuren eromheen', zei Perrin. “De polarimeter scheidt ongepolariseerd sterlicht van gepolariseerd verstrooid licht van het circumstellaire stof, wat de detecteerbaarheid van dat stof vergroot. Nu we deze techniek bij Lick hebben ontwikkeld, zal het mogelijk zijn om deze uit te breiden tot de 10 meter lange Keck-telescopen als het lasergeleidster-systeem daar operationeel wordt. "
De polarimeter splitst het licht van het beeld in zijn twee polarisaties met behulp van een nieuw type dubbelbrekend kristal gemaakt van lithium, yttrium en fluor (LiYF4), een verbetering ten opzichte van de tot nu toe gebruikte calcietkristallen.
Veel andere groepen ontwikkelen lasers voor gebruik als gidssterren, maar de groep van Max loopt voor op zijn concurrenten sinds hij het concept begin jaren negentig in Livermore demonstreerde. Sindsdien perfectioneren zij en collega's de laser en de software waarmee de spiegel - in het geval van Lick's 120-inch telescoop, een 3-inch secundaire spiegel in de hoofdtelescoop - precies goed kan worden gebogen om de twinkeling te verwijderen sterren.
De 11- tot 12-watt laser is een natriumkleurstoflaser die is afgestemd op de frequentie die de koude natriumatomen in de atmosfeer zal opwekken. De kleurstoflaser wordt gepompt door een groene neodymium YAG-laser, een grotere broer van de direct beschikbare groene milliwatt laserpointers.
"De reden dat we nu wetenschap kunnen doen met het lasergeleidersysteem is dat de betrouwbaarheid en bruikbaarheid zo veel is verbeterd," zei Graham. "De laser opent adaptieve optica voor een veel grotere gemeenschap."
"Ik denk dat het een werkpaardinstrument wordt bij Lick", voegde Max eraan toe. “De laser zelf en de hardware van het adaptieve optische systeem zijn behoorlijk stabiel en behoorlijk robuust. Wat er nu gaat gebeuren, is dat mensen er astronomie mee gaan doen, ze gaan nieuwe technieken ontwikkelen om ermee te observeren, het uitproberen op nieuwe soorten objecten. Op de typische manier komt een goede astronoom dingen doen met je instrument die je nooit voor mogelijk had gehouden. '
Max en haar collega's hebben een identiek lasergeleidersysteem getest bij de Keck-telescopen in Hawaï, maar het is nog niet klaar voor routinegebruik, zei ze.
'De Keck gebruikt dezelfde technologie die we bij Lick hebben,' zei Max. 'Ik verwacht dat deze algemene technologie op de meeste telescopen wordt gebruikt, maar met verschillende soorten lasers. Mensen vinden rechts en links nieuwe soorten lasers uit, dus ik denk dat het spel nog moet blijven liggen. ”
Naast Graham, Perrin, Max en Pennington zijn andere auteurs van de Science-paper aangesloten bij het Center for Adaptive Optics van de National Science Foundation, met als centrum UC Santa Cruz: assistent-onderzoeksastronoom Paul Kalas van UC Berkeley, James P. Lloyd van de California Institute of Technology, Donald T. Gavel van UC Santa Cruz's Laboratory for Adaptive Optics en Elinor L. Gates van de UC Observatories / Lick Observatory.
De waarnemingen en ontwikkeling van de lasergeleider werden gefinancierd door de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van Energie.
Oorspronkelijke bron: UC Berkeley News Release
