Afbeelding tegoed: ESO
Een team van ingenieurs van de European Southern Observatory heeft onlangs een nieuwe adaptieve optische faciliteit getest op de Very Large Telescope (VLT) van de Paranal Observatory in Chili. Deze technologie past beelden gemaakt door de telescoop aan om de vervorming veroorzaakt door de aardatmosfeer te verwijderen? alsof ze vanuit de ruimte zijn gezien. De volgende stap zal zijn om vergelijkbare systemen aan te sluiten op alle telescopen in de faciliteit en ze vervolgens in een grote reeks te haken. Dit zou het observatorium in staat moeten stellen objecten 100 keer zwakker op te lossen dan vandaag.
Op 18 april 2003 vierde een team van ingenieurs van ESO de succesvolle voltooiing van "First Light" voor de MACAO-VLTI Adaptive Optics-faciliteit op de Very Large Telescope (VLT) van de Paranal Observatory (Chili). Dit is het tweede Adaptive Optics (AO) -systeem dat op dit observatorium in gebruik wordt genomen, volgens de NACO-faciliteit (ESO PR 25/01).
De haalbare beeldscherpte van een telescoop op de grond wordt normaal gesproken beperkt door het effect van atmosferische turbulentie. Met Adaptive Optics (AO) -technieken kan dit grote nadeel worden ondervangen, zodat de telescoop beelden produceert die zo scherp zijn als theoretisch mogelijk, dat wil zeggen alsof ze uit de ruimte zijn genomen.
De afkorting "MACAO" staat voor "Multi Application Curvature Adaptive Optics" wat verwijst naar de bijzondere manier waarop optische correcties worden aangebracht die het vervagende effect van atmosferische turbulentie "elimineren".
De MACAO-VLTI-faciliteit is ontwikkeld bij ESO. Het is een zeer complex systeem waarvan er vier, één voor elke 8,2 m VLT Unit Telescope, onder de telescopen zullen worden geïnstalleerd (in de Coud? -Kamers). Deze systemen corrigeren de vervormingen van de lichtbundels van de grote telescopen (veroorzaakt door de atmosferische turbulentie) voordat ze worden gericht op de gemeenschappelijke focus op de VLT-interferometer (VLTI).
De installatie van de vier MACAO-VLTI-eenheden waarvan de eerste nu is geïnstalleerd, zal niets minder dan een revolutie in VLT-interferometrie betekenen. Een enorme winst in efficiëntie zal het gevolg zijn, vanwege de daarmee samenhangende 100-voudige winst in gevoeligheid van de VLTI.
Simpel gezegd, met MACAO-VLTI wordt het mogelijk om hemellichamen 100 keer zwakker te observeren dan nu. Binnenkort zullen de astronomen dus interferentieranden kunnen krijgen met de VLTI (ESO PR 23/01) van een groot aantal objecten die tot nu toe buiten bereik waren met deze krachtige observatietechniek, b.v. externe sterrenstelsels. De resulterende afbeeldingen en spectra met hoge resolutie openen geheel nieuwe perspectieven in extragalactisch onderzoek en ook in de studie van vele zwakke objecten in ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg.
In de huidige periode is de eerste van de vier MACAO-VLTI-voorzieningen geïnstalleerd, geïntegreerd en getest door middel van een reeks observaties. Voor deze tests werd speciaal een infraroodcamera ontwikkeld die een gedetailleerde evaluatie van de prestaties mogelijk maakte. Het leverde ook een aantal eerste, spectaculaire beelden op van verschillende hemellichamen, waarvan sommige hier worden getoond.
MACAO - de Multi Application Curvature Adaptive Optics-faciliteit
Adaptive Optics (AO) -systemen werken door middel van een computergestuurde vervormbare spiegel (DM) die de beeldvervorming veroorzaakt door atmosferische turbulentie tegengaat. Het is gebaseerd op real-time optische correcties die zijn berekend op basis van beeldgegevens die zijn verkregen door een "golffrontsensor" (een speciale camera) met een zeer hoge snelheid, vele honderden keren per seconde.
Het ESO Multi Application Curvature Adaptive Optics (MACAO) -systeem maakt gebruik van een 60-elementen bimorfe vervormbare spiegel (DM) en een 60-elementen krommingsgolffrontsensor, met een 'hartslag' van 350 Hz (keer per seconde). Met dit hoge ruimtelijke en temporele correctievermogen is MACAO in staat om de theoretisch mogelijke ("diffractie-beperkte") beeldkwaliteit van een 8,2 m VLT Unit Telescope in het nabij-infrarode gebied van het spectrum bijna te herstellen, bij een golflengte van ongeveer 2? M. De resulterende beeldresolutie (scherpte) in de orde van 60 milli-arcsec is een verbetering met meer dan een factor 10 in vergelijking met standaard waarnemingen met beperkte zichtbaarheid. Zonder het voordeel van de AO-techniek, zou een dergelijke beeldscherpte alleen kunnen worden verkregen als de telescoop boven de atmosfeer van de aarde werd geplaatst.
De technische ontwikkeling van MACAO-VLTI in zijn huidige vorm begon in 1999 en met projectbeoordelingen met tussenpozen van zes maanden bereikte het project snel een kruissnelheid. Het effectieve ontwerp is het resultaat van een zeer vruchtbare samenwerking tussen de AO-afdeling van ESO en de Europese industrie, die heeft bijgedragen aan de zorgvuldige fabricage van tal van high-tech componenten, waaronder de bimorph DM met 60 actuatoren, een snel reagerende tip-tilt-montage en vele anderen. De assemblage, tests en afstemming van de prestaties van dit complexe realtime systeem werden uitgevoerd door de medewerkers van ESO-Garching.
Installatie in Paranal
De eerste kisten van de 60+ kubieke meter lading met MACAO-componenten arriveerden op 12 maart 2003 bij de Paranal-sterrenwacht. Kort daarna begonnen ESO-ingenieurs en -technici met de nauwgezette assemblage van dit complexe instrument, onder de VLT 8,2-meter KUEYEN-telescoop ( voorheen UT2).
Ze volgden een zorgvuldig gepland schema, waarbij de elektronica, waterkoelsystemen, mechanische en optische componenten werden geïnstalleerd. Aan het einde voerden ze de veeleisende optische uitlijning uit en leverden een volledig geassembleerd instrument een week voor de geplande eerste testobservaties. Deze extra week bood een zeer welkome en nuttige gelegenheid om een groot aantal tests en kalibraties uit te voeren ter voorbereiding van de feitelijke waarnemingen.
AO in dienst van Interferometrie
De VLT-interferometer (VLTI) combineert sterrenlicht dat is opgevangen door twee of meer 8,2-VLT-telescopen (later ook van vier beweegbare 1,8-m-hulptelescopen) en maakt een enorme verbetering van de beeldresolutie mogelijk. De lichtbundels van de telescopen worden 'in fase' (coherent) samengebracht. Beginnend bij de primaire spiegels, ondergaan ze talrijke reflecties langs hun verschillende paden over een totale afstand van enkele honderden meters voordat ze het interferometrische laboratorium bereiken waar ze worden gecombineerd tot binnen een fractie van een golflengte, dat wil zeggen binnen nanometers!
De winst van de interferometrische techniek is enorm - door de lichtbundels van twee telescopen op 100 meter afstand te combineren, kunnen details worden waargenomen die anders alleen konden worden opgelost door een enkele telescoop met een diameter van 100 meter. Geavanceerde gegevensreductie is nodig om interferometrische metingen te interpreteren en om belangrijke fysische parameters van de waargenomen objecten af te leiden, zoals de diameters van sterren, enz. ESO PR 22/02.
De VLTI meet de mate van coherentie van de gecombineerde bundels zoals uitgedrukt door het contrast van het waargenomen interferometrische randpatroon. Hoe hoger de mate van coherentie tussen de individuele bundels, hoe sterker het gemeten signaal. Door golffrontaberraties veroorzaakt door atmosferische turbulentie te verwijderen, verhogen de MACAO-VLTI-systemen de efficiëntie van het combineren van de afzonderlijke telescoopbundels enorm.
In het interferometrische meetproces moet het sterlicht worden geïnjecteerd in optische vezels die extreem klein zijn om hun functie te vervullen; slechts 6? m (0,006 mm) in diameter. Zonder de "refocussing" -actie van MACAO kan slechts een klein deel van het door de telescopen opgevangen sterrenlicht in de vezels worden geïnjecteerd en zou de VLTI niet werken op het hoogste niveau van efficiëntie waarvoor het is ontworpen.
MACAO-VLTI zal nu een winst van een factor 100 in de geïnjecteerde lichtstroom mogelijk maken - dit zal in detail worden getest wanneer twee VLT-unit-telescopen, beide uitgerust met MACAO-VLTI's, samenwerken. De zeer goede prestaties die daadwerkelijk met het eerste systeem zijn behaald, geven de ingenieurs echter het volste vertrouwen dat deze order inderdaad zal worden behaald. Deze ultieme test zal worden uitgevoerd zodra het tweede MACAO-VLTI-systeem later dit jaar is geïnstalleerd.
MACAO-VLTI eerste licht
Na een maand installatiewerk en het volgen van tests door middel van een kunstmatige lichtbron geïnstalleerd in de Nasmyth-focus van KUEYEN, had MACAO-VLTI op 18 april 'First Light' toen het 'echt' licht ontving van verschillende astronomische gebeurtenissen.
Tijdens de voorgaande prestatietesten om de beeldverbetering (scherpte, concentratie van lichtenergie) in nabij-infrarode spectrale banden op 1,2, 1,6 en 2,2 urn te meten, werd MACAO-VLTI gecontroleerd met een speciaal hiervoor ontwikkelde infrarood testcamera doel van ESO. Deze tussentijdse test was nodig om de goede werking van MACAO te verzekeren voordat het wordt gebruikt om een gecorrigeerde lichtstraal in de VLTI te voeren.
Na slechts een paar nachten testen en optimaliseren van de verschillende functies en operationele parameters, was MACAO-VLTI klaar om te worden gebruikt voor astronomische waarnemingen. De onderstaande afbeeldingen zijn genomen onder gemiddelde zichtomstandigheden en illustreren de verbetering van de beeldkwaliteit bij gebruik van MACAO-VLTI.
MACAO-VLTI - Eerste beelden
Hier zijn enkele van de eerste beelden verkregen met de testcamera op het eerste MACAO-VLTI-systeem, nu geïnstalleerd op de 8,2 m VLT KUEYEN-telescoop.
PR-foto's 12b-c / 03 tonen het eerste beeld in de infrarood K-band (golflengte 2,2 urn) van een ster (visuele magnitude 10) verkregen zonder en met beeldcorrecties door middel van adaptieve optica.
PR Photo 12d / 03 toont een van de beste afbeeldingen die tijdens de eerste tests met MACAO-VLTI zijn verkregen. Het toont een Strehl-verhouding (maat voor lichtconcentratie) die voldoet aan de specificaties volgens welke MACAO-VLTI is gebouwd. Deze enorme verbetering bij het gebruik van AO-technieken wordt duidelijk aangetoond in PR Photo 12e / 03, waarbij het ongecorrigeerde beeldprofiel (links) nauwelijks zichtbaar is in vergelijking met het gecorrigeerde profiel (rechts).
PR Photo 11f / 03 toont de correctiemogelijkheden van MACAO-VLTI bij gebruik van een zwakke gidsster. Tests met verschillende spectraaltypes lieten zien dat de beperkende visuele magnitude varieert tussen 16 voor vroege type B-sterren en ongeveer 18 voor late type M-sterren.
Astronomische objecten gezien bij de diffractielimiet
De volgende voorbeelden van MACAO-VLTI-waarnemingen van twee bekende astronomische objecten werden verkregen om de onderzoeksmogelijkheden die nu met MACAO-VLTI openen voorlopig te evalueren. Ze kunnen heel goed worden vergeleken met op de ruimte gebaseerde afbeeldingen.
Het galactische centrum
Het centrum van ons eigen sterrenstelsel bevindt zich in het sterrenbeeld Boogschutter op een afstand van ongeveer 30.000 lichtjaar. PR Photo 12h / 03 toont een infraroodbeeld met korte belichtingstijd van dit gebied, verkregen door MACAO-VLTI tijdens de vroege testfase.
Recente AO-waarnemingen met behulp van de NACO-faciliteit bij de VLT leveren overtuigend bewijs dat zich in het centrum een superzwaar zwart gat met 2,6 miljoen zonsmassa's bevindt, vgl. ESO PR 17/02. Dit resultaat, gebaseerd op astrometrische waarnemingen van een ster die om het zwarte gat draait en deze nadert tot op een afstand van slechts 17 lichturen, zou niet mogelijk zijn geweest zonder beelden met een diffractie-beperkte resolutie.
Eta Carinae
Eta Carinae is een van de zwaarste sterren die we kennen, met een massa die waarschijnlijk groter is dan 100 zonsmassa's. Het is ongeveer 4 miljoen keer helderder dan de zon, waardoor het een van de helderste sterren is die we kennen.
Zo'n massieve ster heeft een relatief korte levensduur van slechts ongeveer 1 miljoen jaar en - gemeten in de kosmische tijdschaal - moet Eta Carinae vrij recent zijn gevormd. Deze ster is zeer onstabiel en vatbaar voor gewelddadige uitbarstingen. Ze worden veroorzaakt door de zeer hoge stralingsdruk op de bovenste lagen van de ster, die aanzienlijke delen van de materie aan het "oppervlak" de ruimte in blaast tijdens gewelddadige uitbarstingen die enkele jaren kunnen aanhouden. De laatste van deze uitbarstingen vond plaats tussen 1835 en 1855 en bereikte een piek in 1843. Ondanks de relatief grote afstand - zo'n 7.500 tot 10.000 lichtjaar - werd Eta Carinae kort de op één na helderste ster aan de hemel (met een schijnbare magnitude -1) ), alleen overtroffen door Sirius.
Frosty Leo
Frosty Leo is een magnitude 11 (post-AGB) ster omgeven door een omhulsel van gas, stof en grote hoeveelheden ijs (vandaar de naam). De bijbehorende nevel heeft de vorm van een vlinder (bipolaire morfologie) en is een van de bekendste voorbeelden van de korte overgangsfase tussen twee late evolutionaire stadia, de asymptotische reuzentak (AGB) en de daaropvolgende planetaire nevels (PNe).
Voor een object met drie zonsmassa's als deze wordt aangenomen dat deze fase slechts een paar duizend jaar duurt, een knipoog in het leven van de ster. Daarom zijn objecten zoals deze zeer zeldzaam en Frosty Leo is een van de dichtstbijzijnde en slimste onder hen.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
