Crédito de la imagen :: Keck
El observatorio Keck II de 10 metros dio un paso importante recientemente cuando comenzó las observaciones con su nuevo sistema de óptica adaptativa. El sistema usa un láser para crear una estrella falsa a unos 90 kilómetros de altura en el cielo; una computadora puede usar esto para calcular cómo eliminar el efecto de las perturbaciones atmosféricas. La óptica adaptativa se ha utilizado en telescopios más pequeños, pero esta es la primera vez que se utiliza en un telescopio tan grande como el poderoso Keck II; Tardó nueve años adaptar el observatorio.
Un hito importante en la historia astronómica tuvo lugar recientemente en el W.M. El Observatorio Keck cuando los científicos, por primera vez, utilizaron un láser para crear una estrella guía artificial en el telescopio Keck II de 10 metros para corregir el desenfoque de una estrella con óptica adaptativa (AO). Las estrellas guía láser se han utilizado en telescopios más pequeños, pero este es su primer uso exitoso en la generación actual de los telescopios más grandes del mundo. La imagen resultante (Figura 1), capturada por la cámara infrarroja NIRC2, fue la primera demostración de un sistema de óptica adaptativa de estrella de guía láser (LGS AO) en un gran telescopio. Cuando esté completo, el sistema LGS AO marcará una nueva era de astronomía en la que los astrónomos podrán ver prácticamente cualquier objeto en el cielo con la claridad de la óptica adaptativa.
"Este es uno de los momentos más gratificantes de todos mis años en Keck", comentó el Dr. Frederic Chaffee, director de W.M. Observatorio Keck la noche en que se hicieron las observaciones. “Al igual que cualquier resultado positivo de la primera luz, hay mucho por hacer antes de que el sistema pueda considerarse operativo. Pero también, como cualquier resultado positivo de primera luz, muestra que se puede lograr y nos da un gran optimismo de que nuestros objetivos no son sueños imposibles, sino realidades alcanzables ".
La óptica adaptativa es una técnica que ha revolucionado la astronomía terrestre a través de su capacidad para eliminar el desenfoque de la luz de las estrellas causada por la atmósfera terrestre. Su requisito de una "estrella guía" relativamente brillante en el mismo campo de visión que el objeto de estudio científico generalmente ha limitado el uso de AO a aproximadamente el uno por ciento de los objetos en el cielo.
Para superar esta restricción, en 1994 el W.M. El Observatorio Keck comenzó a trabajar con Lawrence Livermore National Labs (LLNL) para desarrollar un sistema de estrella guía artificial. Al usar un láser para crear una "estrella virtual" Los astrónomos pueden estudiar cualquier objeto en las proximidades de objetos mucho más débiles (hasta de magnitud 19) con óptica adaptativa y reducir su dependencia de estrellas guía brillantes y naturales. Si lo hace, aumentará la cobertura del cielo para el sistema de óptica adaptativa Keck de aproximadamente el uno por ciento de todos los objetos en el cielo, a más del 80 por ciento.
"Esta nueva capacidad de usar una estrella guía láser con un gran telescopio ha invitado a los astrónomos a comenzar a explorar el cielo nocturno de una manera mucho más completa", dijo Adam Contos, ingeniero óptico de W.M. Observatorio Keck. "En el futuro, esperaría que la mayoría de los principales observatorios instalen sistemas similares para aprovechar esta increíble mejora de sus capacidades de AO".
En enero de 2001, después de más de siete años en desarrollo, los equipos Keck y LLNL celebraron la finalización del sistema de estrella guía láser Keck. La estrella artificial se produce cuando la luz de un láser de colorante de 15 vatios hace que una capa natural de átomos de sodio brille a unos 90 km (56 millas) sobre la superficie de la Tierra. Tomaría otros dos años de investigación y diseño sofisticado antes de que el sistema láser pudiera integrarse en el sistema de óptica adaptativa Keck II.
En las primeras horas de la mañana del 20 de septiembre, todos los subsistemas finalmente se unieron para revelar la capacidad única del sistema Keck LGS AO y su potencial para resolver objetos extremadamente débiles. El sistema se fijó en una estrella de magnitud 15, miembro de un conocido binario T Tauri llamado HK Tau y reveló detalles del disco circunestelar de la estrella compañera. Era la primera vez que un sistema de óptica adaptativa en un telescopio muy grande utilizaba una estrella guía artificial para resolver un objeto débil.
Un desafío clave al que se enfrentó el equipo LGS AO fue cuán exitosos serían los esfuerzos para integrar y lograr buenas mediciones de rendimiento para cada subsistema requerido. Preocupaciones sobre la potencia del láser y su calidad puntual, el funcionamiento del sistema de control de tráfico láser, la capacidad de los nuevos sensores para bloquear estrellas guía más débiles y poder optimizar la calidad de la imagen a través de una comprensión precisa de las aberraciones que podrían no se midieron utilizando la estrella guía láser, todos se incluyeron en la observación de la noche.
"La primera luz fue un excelente esfuerzo de equipo", dijo el Dr. Peter Wizinowich, líder del equipo de óptica adaptativa en W.M. “Fue muy satisfactorio que cada uno de los muchos subsistemas se desempeñara tan bien en nuestro primer intento. Para citar a Virgil, "Audentes Fortuna Juvat", la fortuna favorece a los valientes ".
La calidad de las primeras imágenes de luz LGS AO fue extremadamente alta. Mientras estaba bloqueado en una estrella de magnitud 14, el sistema Keck LGS AO registró "relaciones Strehl" del 36 por ciento (a una longitud de onda de 2,1 micras, tiempo de exposición de 30 segundos, Figura 3), en comparación con el cuatro por ciento para las imágenes sin corregir. Las relaciones de Strehl miden el grado en que un sistema óptico se acerca a la perfección "limitada por difracción", o el límite de rendimiento teórico, del telescopio.
Otra métrica de rendimiento, el "ancho completo a la mitad del máximo" (FWHM), para esta estrella de magnitud 14 fue de 50 milisegundos de arco, en comparación con 183 milisegundos de arco para la imagen sin corregir. Las mediciones de FWHM ayudan a los astrónomos a determinar los bordes reales de un objeto, donde la detección puede ser imprecisa o difícil de determinar. La medición de 50 milisegundos de arco es casi equivalente a poder distinguir un par de faros de automóviles en Nueva York mientras está parado en Los Ángeles.
A lo largo de la noche, la estrella guía láser se mantuvo estable y brillante, brillando a una magnitud aproximada de 9.5, aproximadamente 25 veces más débil de lo que el ojo humano puede ver, pero ideal para que el sistema de óptica adaptativa Keck mida y corrija las distorsiones atmosféricas.
Se están realizando trabajos adicionales antes de que el sistema Keck LGS AO pueda considerarse completamente operativo. El sistema Keck LGS AO estará disponible para ciencia de riesgo compartido limitado el próximo año, con despliegue completo a la comunidad de usuarios de Keck en 2005.
"Incluso con esta primera prueba, los astrónomos ya están clamando por usar el sistema de estrella guía láser para estudiar galaxias distantes con una resolución y potencia sin precedentes", dijo el Dr. David Le Mignant, científico de instrumentos de óptica adaptativa en el W.M. Observatorio Keck, Asociación de California para la Investigación en Astronomía. "Para el próximo año, la óptica adaptativa se utilizará para estudiar la rica historia de formación de las galaxias tempranas".
La importancia de este avance para la astronomía mundial fue resumida por el Dr. Matt Mountain, director del Observatorio Gemini, que opera telescopios gemelos de 8 metros, uno en Mauna Kea y otro en Cerro Pachon en Chile: “Este es un hito crítico para toda la astronomía terrestre, no solo para nuestra generación actual de telescopios de clase de ocho a 10 metros, sino también para nuestros sueños de telescopios de 30 metros ".
Los miembros del equipo responsables del sistema Keck LGS AO son Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam y Peter Wizinowich, todos de la WM El equipo agradeció especialmente a sus colaboradores en LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown y Pam Danforth.
El sistema de óptica adaptativa estrella guía láser fue financiado por W.M. Fundación Keck.
El W.M. El Observatorio Keck es operado por la Asociación de California para la Investigación en Astronomía, una asociación científica del Instituto de Tecnología de California.
Fuente original: Comunicado de prensa de Keck
