Zdjęcie: UC Berkeley
University of California, Berkeley, astronomowie wykorzystali niedawno zamontowany układ gwiazd laserowych w Obserwatorium Lick w UC, aby uzyskać ostre, pozbawione błysków zdjęcia słabych, zakurzonych dysków odległych, masywnych gwiazd. Obrazy wyraźnie pokazują, że gwiazdy dwa do trzech razy większe od Słońca tworzą się w taki sam sposób, jak gwiazdy typu słonecznego - wewnątrz wirującej sferycznej chmury, która zapada się w dysk, taki jak ten, z którego wyłoniło się słońce i jego planety.
Żółta wiązka laserowa przebijająca niebo nad Lick Observatory zaczęła działać w ubiegłym roku na 10-metrowym teleskopie Shane, rozszerzając zastosowanie systemu „gumowego lustra” teleskopu, zwanego optyką adaptacyjną, na całe nocne niebo. Dodanie lasera sprawia, że Lick jest jedynym obserwatorium, które zapewnia gwiazdę przewodnika laserowego do rutynowego użytku.
Zespół UC Berkeley i jego koledzy z UC Santa Cruz Center for Adaptive Optics i Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) informują o swoich wynikach w czasopiśmie Science z 27 lutego.
„Paradygmatem dla gwiazd takich jak nasze Słońce jest grawitacyjne zapadanie się chmury do protostaru i przypominający naleśniki dysk akrecyjny, ale istnieje pewna masa, przy której to nie może działać - jasność gwiazdy wystarcza, aby zakłócić dysk, i rozpada się tak szybko, jak się zbiera ”- powiedział James R. Graham, profesor astronomii na UC Berkeley. „Nasze dane pokazują, że standardowy paradygmat modelu nadal działa dla gwiazd dwa do trzech razy masywniejszych niż słońce”.
„Bez optyki adaptacyjnej widzielibyśmy tylko dużą rozmytą plamę z ziemi i nie bylibyśmy w stanie wykryć żadnej drobnej struktury wokół źródeł” - dodał Marshall D. Perrin, absolwent UC Berkeley. „Nasze obserwacje zapewniają silne wsparcie dla pojawiającego się widoku, w którym gwiazdy o niskiej i średniej masie tworzą się w podobny sposób”.
Adaptacyjny układ optyczny, który usuwa efekt rozmycia turbulencji atmosferycznych, został dodany do teleskopu Lick's Shane w 1996 roku. Jednak, podobnie jak wszystkie inne dzisiejsze teleskopy z optyką adaptacyjną, w tym bliźniacze 10-metrowe teleskopy Keck na Hawajach, teleskop Lick miał polegać na jasnych gwiazdach w polu widzenia, aby zapewnić odniesienie potrzebne do usunięcia rozmycia. Tylko około 1 do 10 procent obiektów na niebie znajduje się wystarczająco blisko jasnej gwiazdy, aby zadziałał taki „naturalny” układ gwiazd przewodnich.
Laser barwnikowy sodu, opracowany przez naukowców zajmujących się laserami asowymi Deanną M. Pennington i Herbertem Friedmanem z LLNL, w końcu uzupełnia adaptacyjny układ optyczny, aby astronomowie mogli go używać do wyświetlania dowolnej części nieba, niezależnie od tego, czy jasna gwiazda znajduje się w pobliżu.
Przywiązany do otworu teleskopu Lick laser świeci wąską wiązką około 60 mil przez strefę burzliwą do górnej atmosfery, gdzie światło lasera stymuluje atomy sodu do pochłaniania i ponownego emitowania światła tego samego koloru. Sód pochodzi z mikrometeorytów, które wypalają się i odparowują, gdy wchodzą do atmosfery ziemskiej.
Żółta świecąca plamka utworzona w atmosferze odpowiada gwiazdom 9mag - mniej więcej 40 razy słabszym niż ludzkie oko. Niemniej jednak zapewnia stałe źródło światła równie skuteczne jak jasna daleka gwiazda.
„Używamy tego światła do pomiaru turbulencji w atmosferze w naszym teleskopie setki razy na sekundę, a następnie wykorzystujemy te informacje do kształtowania specjalnego elastycznego lustra w taki sposób, że gdy światło, zarówno z lasera, jak i celu, jesteś patrząc na nie, odbija się od niego, skutki turbulencji są usuwane ”- powiedziała Claire Max, profesor astronomii i astrofizyki na UC Santa Cruz, zastępca dyrektora Center for Adaptive Optics i badacz z LLNL, który pracował dla więcej ponad 10 lat na opracowanie systemu gwiezdnego przewodnika laserowego.
W jednym z pierwszych testów tego układu Graham i Perrin włączyli teleskop w rzadkie, młode, masywne gwiazdy zwane gwiazdami Herbig Ae / Be, które są rozmyte z ziemi i zazwyczaj zbyt słabe, aby mogły zostać zobrazowane przez optykę adaptacyjną naturalnej gwiazdy prowadzącej. Uważa się, że gwiazdy Herbig Ae / Be o masach między 1,5 a 10 razy większych niż Słońce i prawdopodobnie mające mniej niż 10 milionów lat, są początkami masywnych gwiazd - gwiazd, które staną się jak gorące, gwiazdy typu A Syriusz i Vega Gwiazdy Herbig Ae / Be zostały skatalogowane lata temu przez astronoma z UC Santa Cruz, George'a Herbiga, obecnie z University of Hawaii.
Najbardziej masywne z gwiazd Herbig Ae / Be cieszą się dużym zainteresowaniem, ponieważ przechodzą one eksplozje supernowych, które zaszczepiają galaktykę ciężkimi atomami, umożliwiając powstawanie stałych planet, a nawet życia. Wywołują także powstawanie gwiazd w pobliskich chmurach.
To, co zobaczyli astronomowie, było bardzo podobne do znanego zdjęcia gwiazd T Tauri, które są etapami formowania gwiazd do 50 procent większych od naszego Słońca i do 100 milionów lat. Obrazy dwóch gwiazd Herbig Ae / Be wyraźnie pokazują ciemną linię przecinającą każdą gwiazdę, spowodowaną dyskiem blokującym jasne świecenie gwiazdy oraz świecącą kulistą aureolą pyłu i gazu otaczającą gwiazdę i dysk. W każdej z gwiazd mogą wydawać się dwa strumienie gazu i pyłu wydobywające się z biegunów dysku akrecyjnego.
Dwie gwiazdy, skatalogowane jako LkH (198 i LkH (233 (źródła Lick wodoru-alfa)), znajdują się odpowiednio w odległości 2000 i 3400 lat świetlnych w odległym regionie galaktyki Drogi Mlecznej.
„Materiał z obłoku protogwiazdowego nie może spaść bezpośrednio do gwiazdy noworodka, więc najpierw ląduje w dysku akrecyjnym i porusza się do wewnątrz, aby spaść na gwiazdę po tym, jak straci on moment pędu” - wyjaśnił Perrin. „Ten proces przenoszenia momentu pędu wraz z ewolucją pól magnetycznych prowadzi do uruchomienia odpływów bipolarnych. Te wypływy ostatecznie usuwają otoczkę, pozostawiając nowonarodzoną gwiazdę otoczoną dyskiem akrecyjnym. Przez kilka milionów lat reszta materiału na dysku ulega akrecji, pozostawiając tylko młodą gwiazdę. ”
Perrin dodał, że Kosmiczny Teleskop Hubble'a dostarczył „bardzo wyraźne, jednoznaczne obrazy dysków i wypływów wokół gwiazd T Tauri”, potwierdzając teorie na temat powstawania gwiazd takich jak nasze Słońce. Ale ze względu na względną rzadkość gwiazd Herbig Ae / Be, do tej pory brakuje tak jasnych danych dla tych gwiazd, powiedział.
Astronomowie zaproponowali, że bardzo masywne gwiazdy powstają w wyniku zderzenia dwóch lub więcej gwiazd lub w turbulentnej chmurze, w przeciwieństwie do wirującego dysku akrecyjnego. Co ciekawe, trzecia gwiazda zobrazowana tej samej nocy przez Grahama i Perrina okazała się dwiema podobnymi do słońca gwiazdami z wstęgą gazu i pyłu między nimi, wyglądającą podejrzanie jak jedna gwiazda wychwytująca materię z drugiej.
Graham ma nadzieję sfotografować masywniejsze gwiazdy Herbig Ae / Be, aby sprawdzić, czy standardowy model formowania gwiazd rozciąga się na jeszcze większe gwiazdy. Szczegółowe obrazy gwiazd Herbig Ae / Be zawdzięczają tyle samo nowemu laserowemu układowi gwiazd prowadzącemu, jak polarymetrowi obrazowania w bliskiej podczerwieni zbudowanemu przez Perrin i dodanemu do kamery bliskiej podczerwieni Berkeley (IRCAL) już zamontowanej na teleskopie.
„Bez polarymetru światło gwiazd w znacznym stopniu przesłania otaczające je struktury” - powiedział Perrin. „Polarymetr oddziela niespolaryzowane światło gwiazd od spolaryzowanego światła rozproszonego od pyłu gwiezdnego, co zwiększa wykrywalność tego pyłu. Teraz, gdy opracowaliśmy tę technikę w Lick, możliwe będzie rozszerzenie jej na 10-metrowe teleskopy Kecka, gdy zacznie działać tam system gwiazdy przewodnika laserowego ”.
Polarymetr rozdziela światło z obrazu na dwie polaryzacje za pomocą nowego typu dwójłomnego kryształu wykonanego z litu, itru i fluoru (LiYF4), co stanowi ulepszenie w stosunku do dotychczas stosowanych kryształów kalcytu.
Wiele innych grup opracowuje lasery, które mają być gwiazdami przewodnimi, ale grupa Max wyprzedza konkurentów od czasu pierwszej demonstracji tej koncepcji na początku lat 90. w Livermore. Od tego czasu ona i koledzy doskonalą laser i oprogramowanie, które pozwala na wygięcie lustra - w przypadku 120-calowego teleskopu Lick'a, 3-calowego wtórnego lustra w głównym teleskopie - w prawo, aby usunąć migotanie gwiazdy.
Laser o mocy 11–12 W jest laserem z barwnikiem sodowym dostrojonym do częstotliwości wzbudzającej zimne atomy sodu w atmosferze. Laser barwnikowy jest pompowany zielonym neodymowym laserem YAG, większym bratem od łatwo dostępnych zielonych miliwatowych wskaźników laserowych.
„Powodem, dla którego możemy teraz prowadzić naukę za pomocą laserowego układu gwiazd prowadzących, jest to, że jego niezawodność i użyteczność zostały znacznie poprawione”, powiedział Graham. „Laser otwiera adaptacyjną optykę dla znacznie większej społeczności”.
„Myślę, że w Lick będzie to koń pociągowy” - dodał Max. „Sam laser i sprzęt systemu adaptacyjnej optyki są dość stabilne i dość solidne. To, co się teraz stanie, to fakt, że ludzie będą robić z nim astronomię, opracują nowe techniki obserwacji, wypróbują to na nowych typach obiektów. W typowy sposób przyjedzie dobry astronom i zrobi z twoim instrumentem rzeczy, których nigdy sobie nie wyobrażałeś. ”
Powiedziała, że Max i jej koledzy przetestowali identyczny układ gwiazd laserowych w teleskopach Keck na Hawajach, ale nie jest on jeszcze gotowy do rutynowego użycia.
„Keck używa tej samej technologii, którą mamy w Lick”, powiedział Max. „Spodziewam się, że zobaczę tę ogólną technologię stosowaną w większości teleskopów, ale z różnymi rodzajami laserów. Ludzie wymyślają nowe typy laserów na prawo i na lewo, więc myślę, że gra pozostanie do rozstrzygnięcia. ”
Inni autorzy artykułu naukowego, oprócz Graham, Perrin, Max i Pennington, są powiązani z Centrum Optyki Adaptacyjnej optyki National Science Foundation, z siedzibą w UC Santa Cruz: asystent astronoma badawczego Paul Kalas z UC Berkeley, James P. Lloyd z California Institute of Technology, Donald T. Gavel z UC Santa Cruz's Laboratory for Adaptive Optics i Elinor L. Gates z UC Observatories / Lick Observatory.
Obserwacje i rozwój gwiazdy przewodnika laserowego zostały sfinansowane przez National Science Foundation i Departament Energii USA.
Oryginalne źródło: UC Berkeley News Release
