Afbeelding tegoed :: Keck
Het Keck II-observatorium van 10 meter zette onlangs een belangrijke stap voorwaarts toen het begon met observaties met zijn nieuwe adaptieve optische systeem. Het systeem maakt gebruik van een laser om een nepster ongeveer 90 kilometer hoog in de lucht te creëren - een computer kan dit gebruiken om te berekenen hoe het effect van atmosferische storingen kan worden verwijderd. Adaptieve optiek is gebruikt op kleinere telescopen, maar dit is de eerste keer dat het wordt gebruikt op een telescoop zo groot als de machtige Keck II; de aanpassing van het observatorium duurde negen jaar.
Onlangs vond een belangrijke mijlpaal in de astronomische geschiedenis plaats bij de W.M. Keck Observatory toen wetenschappers voor het eerst een laser gebruikten om een kunstmatige gidsster te creëren op de Keck II 10-meter telescoop om de vervaging van een ster met adaptieve optica (AO) te corrigeren. Lasergeleidingssterren zijn gebruikt op kleinere telescopen, maar dit is hun eerste succesvolle gebruik op de huidige generatie van 's werelds grootste telescopen. Het resulterende beeld (Figuur 1), vastgelegd door de NIRC2-infraroodcamera, was de eerste demonstratie van een lasergeleidingsster adaptief optieksysteem (LGS AO) op een grote telescoop. Als het klaar is, markeert het LGS AO-systeem een nieuw tijdperk van astronomie waarin astronomen vrijwel elk object in de lucht kunnen zien met de helderheid van adaptieve optica.
'Dit is een van de meest bevredigende momenten in al mijn jaren bij Keck', merkte Dr. Frederic Chaffee, directeur van de W.M. Keck Observatory de avond dat de waarnemingen werden gedaan. “Zoals bij elk positief eerste lichtresultaat, moet er veel gebeuren voordat het systeem als operationeel kan worden beschouwd. Maar net als elk positief resultaat bij het eerste licht, laat het zien dat het kan en geeft het ons een groot optimisme dat onze doelen geen onmogelijke dromen zijn, maar in plaats daarvan haalbare realiteiten. ”
Adaptieve optica is een techniek die een revolutie teweeg heeft gebracht in de astronomie op de grond door haar vermogen om de vervaging van sterrenlicht veroorzaakt door de aardatmosfeer te verwijderen. De vereiste van een relatief heldere "gidsster" in hetzelfde gezichtsveld als het wetenschappelijke studieobject heeft het gebruik van AO in het algemeen beperkt tot ongeveer één procent van de objecten aan de hemel.
Om deze beperking te omzeilen, heeft de W.M. Keck Observatory begon samen te werken met Lawrence Livermore National Labs (LLNL) om een kunstmatig gidssterrensysteem te ontwikkelen. Door een laser te gebruiken om een? Virtuele ster? astronomen kunnen elk object in de buurt van veel zwakkere (tot een magnitude 19) objecten met adaptieve optica bestuderen en hun afhankelijkheid van heldere, natuurlijk voorkomende gidssterren verminderen. Als u dit doet, wordt de luchtdekking voor het adaptieve optieksysteem van Keck vergroot van naar schatting één procent van alle objecten in de lucht tot meer dan 80 procent.
"Deze nieuwe mogelijkheid om een lasergeleider met een grote telescoop te gebruiken, heeft astronomen uitgenodigd om de nachtelijke hemel op een veel uitgebreidere manier te verkennen", zegt Adam Contos, optica-ingenieur bij de W.M. Keck Observatorium. "In de toekomst verwacht ik dat de meeste grote observatoria vergelijkbare systemen zullen installeren om te profiteren van deze ongelooflijke verbetering van hun AO-mogelijkheden."
In januari 2001, na meer dan zeven jaar ontwikkeling, vierden de teams van Keck en LLNL de voltooiing van het Keck lasergeleidster-systeem. De kunstmatige ster ontstaat wanneer licht van een 15-watt kleurstoflaser ervoor zorgt dat een van nature voorkomende laag natriumatomen ongeveer 90 km (56 mijl) boven het aardoppervlak gloeit. Het zou nog twee jaar geavanceerd onderzoek en ontwerp vergen voordat het lasersysteem in het Keck II adaptieve optische systeem kon worden geïntegreerd.
In de vroege ochtenduren van 20 september kwamen alle subsystemen eindelijk samen om de unieke mogelijkheden van het Keck LGS AO-systeem en zijn potentieel om extreem zwakke objecten op te lossen te onthullen. Het systeem vergrendelde op een 15e magnitude-ster, een lid van een bekend T Tauri-binair getal genaamd HK Tau, en onthulde details van de circumstellaire schijf van de begeleidende ster. Het was voor het eerst dat een adaptief optisch systeem op een zeer grote telescoop ooit een kunstmatige geleidingsster gebruikte om een zwak voorwerp op te lossen.
Een belangrijke uitdaging waarmee het LGS AO-team werd geconfronteerd, was hoe succesvol de inspanningen zouden zijn om voor elk vereist subsysteem goede prestatiemetingen te integreren en te bereiken. Bezorgdheid over de kracht van de laser en de spotkwaliteit, de werking van het laserverkeerscontrolesysteem, het vermogen van de nieuwe sensoren om zwakkere gidssterren te vergrendelen en het kunnen optimaliseren van de beeldkwaliteit door een nauwkeurig begrip van de aberraties die zouden kunnen niet gemeten met behulp van de laser gids ster, werden allemaal meegerekend in de waarneming van de avond.
"Het eerste licht was een geweldige teamprestatie", zegt Dr. Peter Wizinowich, teamleider van het adaptieve optiekteam bij W.M. “Het was erg bevredigend om elk van de vele subsystemen zo goed te laten presteren bij onze eerste poging. Om Virgil, ‘Audentes Fortuna Juvat,’ te citeren, is het fortuin gunstig voor de stoutmoedigen. "
De kwaliteit van de LGS AO eerste lichtbeelden was extreem hoog. Het Keck LGS AO-systeem was vergrendeld op een 14e magnitude-ster en registreerde een "Strehl-ratio's" van 36 procent (bij een golflengte van 2,1 micron, een belichtingstijd van 30 seconden, figuur 3), vergeleken met vier procent voor niet-gecorrigeerde beelden. Strehl-verhoudingen meten de mate waarin een optisch systeem de "diffractie-beperkte" perfectie of de theoretische prestatielimiet van de telescoop nadert.
Een andere prestatiestatistiek, de "volledige breedte bij half maximum" (FWHM), voor deze 14e magnitude-ster was 50 milli-boogseconden, vergeleken met 183 milli-boogseconden voor het ongecorrigeerde beeld. FWHM-metingen helpen astronomen om de werkelijke randen van een object te bepalen, waar de detectie onnauwkeurig of moeilijk te bepalen kan zijn. De meting van 50 milli-boogseconden is ongeveer gelijk aan het kunnen onderscheiden van een paar autokoplampen in New York terwijl je in Los Angeles staat.
Gedurende de avond hield de lasergeleider ster stabiel en helder, schijnt met een magnitude van ongeveer 9.5, ongeveer 25 keer zwakker dan wat het menselijk oog kan zien, maar ideaal voor het Keck adaptieve optische systeem om atmosferische vervormingen te meten en te corrigeren.
Extra werkzaamheden zijn aan de gang voordat het Keck LGS AO-systeem als volledig operationeel kan worden beschouwd. Het Keck LGS AO-systeem zal volgend jaar beschikbaar zijn voor beperkte gedeelde risicowetenschap, met volledige implementatie in de Keck-gebruikersgemeenschap in 2005.
"Zelfs met alleen deze eerste test, roepen astronomen al op om het lasergeleidende sterrenstelsel te gebruiken om verre sterrenstelsels te bestuderen met een ongekende resolutie en kracht", zegt Dr. David Le Mignant, wetenschapper op het gebied van adaptieve optische instrumenten bij de W.M. Keck Observatory, California Association for Research in Astronomy. "Volgend jaar zal adaptieve optica worden gebruikt om de rijke vormingsgeschiedenis van vroege sterrenstelsels te bestuderen."
Het belang van deze doorbraak voor de wereldwijde astronomie werd samengevat door Dr. Matt Mountain, de directeur van de Gemini Observatory, die twee 8-meter telescopen bedient, een op Mauna Kea en een op Cerro Pachon in Chili: “Dit is een cruciale mijlpaal voor alle astronomie op de grond, niet alleen voor onze huidige generatie telescopen van acht tot tien meter, maar ook voor onze dromen van telescopen van 30 meter. ”
Teamleden die verantwoordelijk zijn voor het Keck LGS AO-systeem zijn Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam en Peter Wizinowich, allemaal van de WM Het team dankte speciaal hun medewerkers bij LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown en Pam Danforth.
Het adaptieve optische systeem met lasergeleider werd gefinancierd door de W.M. Stichting Keck.
De W.M. Keck Observatory wordt beheerd door de California Association for Research in Astronomy, een wetenschappelijk partnerschap van het California Institute of Technology.
Oorspronkelijke bron: Keck News Release
