Obrazový kredit: UC Berkeley
Kalifornská univerzita v Berkeley, astronómovia využili nedávno nasadený systém laserových vodiacich hviezd v Lick Observatory UC, aby získali ostré snímky bez blikania slabých diskov vzdialených mohutných hviezd. Obrázky jasne ukazujú, že hviezdy dva až trikrát väčšie ako slnko sa tvoria rovnakým spôsobom ako hviezdy slnečného typu - vo vírivom guľovom oblaku, ktorý sa zrúti na disk, ako je ten, z ktorého vychádza slnko a jeho planéty.
Žltý laserový lúč prepichujúci nebesá cez Lick Observatory bol minulý rok v prevádzke na 10-stopovom Shaneovom ďalekohľade, čím sa rozšírilo používanie systému „gumového zrkadla“ ďalekohľadu nazývaného adaptívna optika na celú nočnú oblohu. Pridanie lasera robí z Licka jediné observatórium, ktoré poskytuje laserovú vodiacu hviezdu na bežné použitie.
Tím UC Berkeley a jeho kolegovia v Národnom laboratóriu UC Santa Cruz v Adaptívnej optike a Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) informujú o svojich výsledkoch vo vydaní časopisu Science 27. februára.
"Paradigma pre hviezdy, ako je naše slnko, je gravitačné zrútenie mraku k protostar a pankrášovitému akrečnému disku, ale je tu nejaká hmota, pri ktorej to nemôže fungovať - jasnosť hviezdy je dostatočná na narušenie disku a rozpadá sa tak rýchlo, ako sa zbližuje, “povedal James R. Graham, profesor astronómie na UC Berkeley. "Naše údaje ukazujú, že paradigma štandardného modelu stále funguje pre hviezdy dvakrát až trikrát hmotnejšie ako slnko."
"Bez adaptívnej optiky by sme videli zo zeme len veľkú fuzzy guľu a nedokázali by sme zistiť žiadnu jemnú štruktúru okolo zdrojov," dodal postgraduálny študent UC Berkeley Marshall D. Perrin. „Naše pozorovania silne podporujú vznikajúci názor, že hviezdy s nízkou a strednou hmotnosťou sa tvoria podobným spôsobom.“
V roku 1996 bol do Lick's Shaneho ďalekohľadu pridaný adaptívny optický systém, ktorý odstraňuje rozmazané účinky atmosférickej turbulencie. Podobne ako všetky ostatné ďalekohľady s adaptívnou optikou, vrátane dvojitého 10 metrového ďalekohľadu Keck na Havaji, aj Lickov ďalekohľad mal spoliehať sa na jasné hviezdy v zornom poli, aby poskytli referenciu potrebnú na odstránenie rozmazania. Iba asi jedno až desať percent objektov na oblohe je dostatočne blízko jasnej hviezdy, aby taký „prírodný“ systém vodiacich hviezd fungoval.
Sodíkový farbiaci laser, ktorý vyvinuli vedci ace laserov Deanna M. Pennington a Herbert Friedman z LLNL, konečne dokončí systém prispôsobivej optiky, aby ho mohli astronómovia použiť na zobrazenie akejkoľvek časti oblohy, či už je alebo nie je blízko jasná hviezda.
Laser prilepený k otvoru Lickovho ďalekohľadu svieti úzkym lúčom asi 60 kilometrov cez turbulentnú zónu do hornej atmosféry, kde laserové svetlo stimuluje atómy sodíka, aby absorbovali a znova vyžarovali svetlo rovnakej farby. Sodík pochádza z mikrometeoritov, ktoré pri vstupe do zemskej atmosféry vyhoria a vyparia sa.
Žltá žiariaca škvrna vytvorená v atmosfére je ekvivalentná s hviezdou 9. magnitúdy - asi 40-krát slabšia, ako môže vidieť ľudské oko. Poskytuje však stabilný zdroj svetla rovnako účinný ako jasná vzdialená hviezda.
„Toto svetlo používame na meranie turbulencie v atmosfére cez náš ďalekohľad stokrát za sekundu, a potom tieto informácie použijeme na tvarovanie špeciálneho flexibilného zrkadla takým spôsobom, že keď svetlo, tak z lasera, ako aj z cieľa, ktorým ste, pri pohľade na to, odrazí sa od neho, sa odstránia účinky turbulencie, “uviedla Claire Maxová, profesorka astronómie a astrofyziky v UC Santa Cruz, zástupkyňa riaditeľa Centra pre adaptívnu optiku a výskumníčka v LLNL, ktorá pracuje pre ďalšie ako 10 rokov na vývoj laserového sprievodcu hviezdou.
V jednom z prvých testov tohto systému Graham a Perrin obrátili ďalekohľad na zriedkavé mladé masívne hviezdy zvané Herbig Ae / Be hviezdy, ktoré sú fuzzy zo zeme a zvyčajne sú príliš slabé na to, aby ich bolo možné zobraziť pomocou optickej adaptívnej optiky vodiacich hviezd. Hviezdy Herbig Ae / Be s hmotnosťou 1,5 až 10-krát väčšej ako Slnko a pravdepodobne mladšie ako 10 miliónov rokov sa považujú za začiatky mohutných hviezd - hviezd, ktoré skončia ako horúce, hviezdy typu A, Sirius a vega. Hviezdy Herbig Ae / Be boli katalogizované pred rokmi astronóm UC Santa Cruz George Herbig, teraz na Havajskej univerzite.
Najmasívnejšie hviezdy Herbig Ae / Be sú veľmi zaujímavé, pretože sú to tie, ktoré podstupujú explózie supernovy, ktoré vysievajú galaxiu ťažkými atómami, čo umožňuje vytvorenie pevných planét a dokonca aj života. Spúšťajú tiež vytváranie hviezd v blízkych oblakoch.
To, čo videli astronómovia, bolo veľmi podobné známemu obrázku hviezd T Tauri, ktoré sú tvorivými fázami hviezd až o 50 percent väčších ako naše slnko a staré až 100 miliónov rokov. Na obrázkoch dvoch hviezd Herbig Ae / Be je zreteľne znázornená tmavá čiara, ktorá rozdeľuje každú hviezdu a ktorá je spôsobená diskom blokujúcim jasné osvetlenie hviezdy a žiariacim guľovým svetelným prachom a plynom obklopujúcim hviezdu a disk. V každej hviezde sa môžu zdať, že z pólov akréčneho disku vychádzajú dva prúdy plynu a prachu.
Dve hviezdy, ktoré sú katalogizované ako LkH (198 a LkH (233 (Lick vodík-alfa zdroje)), sú vzdialené 2 000 a 3 400 svetelných rokov vo vzdialenej oblasti galaxie Mliečna dráha.
"Materiál z protostelárneho oblaku nemôže spadnúť priamo do kojeneckej hviezdy, takže najprv pristane v narastajúcom disku a pohybuje sa iba smerom dovnútra, aby padol na hviezdu potom, čo uvoľnil svoju uhlovú hybnosť," vysvetlil Perrin. „Tento proces prenosu hybnej sily spolu s vývojom magnetických polí vedie k vypusteniu bipolárnych výtokov. Tieto odtoky nakoniec vyčistia obálku, takže novonarodená hviezda je obklopená narastajúcim diskom. Počas niekoľkých miliónov rokov sa zvyšný materiál na disku nahromadí a zostane iba mladá hviezda. “
Perrin dodal, že Hubbleov vesmírny teleskop poskytol „veľmi jasné, jednoznačné obrazy diskov a odtokov okolo hviezd T Tauri,“ potvrdzujú teórie o formovaní hviezd, ako je naše slnko. Ale vzhľadom na relatívnu vzácnosť hviezd Herbig Ae / Be takéto jasné údaje o týchto hviezdach doteraz chýbali, uviedol.
Astronómovia navrhli, že na základe kolízie dvoch alebo viacerých hviezd alebo v turbulentnom oblaku sa na rozdiel od točivého diskového disku tvoria veľmi veľké hviezdy. Je zaujímavé, že tretia hviezda, ktorú v tú istú noc zobrazili Graham a Perrin, sa ukázala ako dve hviezdy podobné slnku so stuhou plynu a prachu medzi nimi, podozrivo vyzerala ako jedna hviezda, ktorá zachytáva hmotu od druhej.
Graham dúfa, že vyfotografuje mohutnejšie hviezdy Herbig Ae / Be, aby zistil, či sa štandardný model formovania hviezd rozširuje na ešte väčšie hviezdy. Podrobné snímky hviezd Herbig Ae / Be vďačia rovnako novému laserovému vodiacemu systému hviezd, ako aj takmer infračervenému zobrazovaciemu polarimetra, ktorý postavil Perrin a ktorý sa pridal k Berkeley Near Infračervená kamera (IRCAL) už namontovaná na teleskopu.
"Bez polarimetra svetlo hviezd z veľkej časti zakrýva štruktúry okolo nich," povedal Perrin. „Polarimeter oddeľuje nepolárne hviezdne svetlo od polarizovaného rozptýleného svetla od obehového prachu, čo zvyšuje detekovateľnosť tohto prachu. Teraz, keď sme túto techniku vyvinuli v spoločnosti Lick, bude možné ju rozšíriť aj na 10-metrové ďalekohľady Keck, keď bude laserový systém vodiacej hviezdy v prevádzke. “
Polarimeter rozdelí svetlo z obrázka na jeho dve polarizácie pomocou nového typu dvojlomného kryštálu vyrobeného z lítia, ytria a fluóru (LiYF4), čo je zlepšenie oproti doteraz používaným kryštálom kalcitu.
Mnoho ďalších skupín vyvíja lasery, ktoré sa majú používať ako vodiace hviezdy, ale Maxova skupina bola pred svojimi konkurentmi od prvého preukázania koncepcie začiatkom 90. rokov v Livermore. Odvtedy spolu so svojimi kolegami zdokonaľujú laser a softvér, ktorý umožňuje, aby sa zrkadlo - v prípade 120-palcového ďalekohľadu Licka, 3-palcového sekundárneho zrkadla vo vnútri hlavného ďalekohľadu - ohýbalo práve v poriadku, aby sa odstránila záblesk hviezdy.
11- až 12-wattový laser je sodíkový farbiaci laser naladený na frekvenciu, ktorá nadchne studené atómy sodíka v atmosfére. Farbiaci laser je čerpaný zeleným neodýmovým YAG laserom, väčším bratom ľahko dostupných zelených Milliwattových laserových ukazovateľov.
„Dôvodom, prečo môžeme teraz robiť vedu so systémom laserových sprievodcovských hviezd, je to, že jeho spoľahlivosť a použiteľnosť je tak oveľa vyššia,“ uviedol Graham. „Laser otvára adaptívnu optiku oveľa väčšej komunite.“
"Myslím, že to bude nástroj na cvičenie koní u Licka," dodal Max. „Samotný laser a hardvér adaptívneho optického systému sú dosť stabilné a dosť robustné. Čo sa teraz stane, je to, že ľudia s tým urobia astronómiu, vyvinú nové techniky, ktoré s ňou budú pozorovať, vyskúšať si nové typy objektov. Typickým spôsobom príde dobrý astronóm a bude robiť veci s vaším nástrojom, ktorý ste si nikdy nepredstavovali. “
Max a jej kolegovia testovali rovnaký laserový vodiaci hviezdny systém na Keck Telescopes na Havaji, ale ešte nie je pripravená na bežné použitie.
"Keck používa rovnakú technológiu ako v Licku," povedal Max. „Očakávam, že túto všeobecnú technológiu používam na väčšine ďalekohľadov, ale s rôznymi druhmi laserov. Ľudia vymýšľajú nové typy laserov sprava a doľava, takže si myslím, že táto hra sa musí vyriešiť. “
Ďalší autori vedeckej práce, okrem Grahama, Perrina, Maxa a Penningtona, sú pridružení k Centru pre adaptívnu optiku Národnej vedeckej nadácie so zameraním na UC Santa Cruz: pomocný výskumný astronóm Paul Kalas z UC Berkeley, James P. Lloyd z Kalifornský technologický inštitút, Donald T. Gavel z Laboratória adaptívnej optiky Santa Cruz v UC a Elinor L. Gates z Observatórií UC / Lick Observatory.
Pozorovania a vývoj laserovej vodiacej hviezdy boli financované Národnou vedeckou nadáciou a Ministerstvom energetiky USA.
Pôvodný zdroj: UC Berkeley News Release
