Изображение предоставлено: UC Berkeley
Калифорнийский университет, Беркли, астрономы воспользовались недавно установленной системой лазерных направляющих звезд в обсерватории Лик в Калифорнии, чтобы получить четкие, без мерцающих изображений слабые пыльные диски далеких массивных звезд. Изображения ясно показывают, что звезды в два-три раза больше Солнца образуются так же, как звезды солнечного типа - внутри закрученного сферического облака, которое коллапсирует в диск, подобно тому, из которого возникли солнце и его планеты.
Желтый лазерный луч, пронизывающий небеса над Обсерваторией Лика, начал работать на 10-футовом телескопе Шейна в прошлом году, расширив использование системы «резинового зеркала» телескопа, называемой адаптивной оптикой, для всего ночного неба. Добавление лазера делает Lick единственной обсерваторией, которая предоставляет лазерную направляющую звезду для повседневного использования.
Команда UC Berkeley и ее коллеги из Центра адаптивной оптики UC Santa Cruz и Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) сообщают о своих результатах в выпуске журнала Science от 27 февраля.
«Парадигмой звезд, подобных нашему Солнцу, является гравитационный коллапс облака к протозвезде и аккреционному диску, похожему на блин, но есть некоторая масса, при которой это не может сработать - яркость звезды становится достаточной для разрушения диска, и он разваливается так же быстро, как и собирается вместе », - сказал Джеймс Р. Грэм, профессор астрономии в Калифорнийском университете в Беркли. «Наши данные показывают, что стандартная модельная парадигма по-прежнему работает для звезд в два-три раза массивнее, чем Солнце».
«Без адаптивной оптики мы бы увидели только большой размытый шарик с земли и не смогли бы обнаружить какую-либо тонкую структуру вокруг источников», - добавил аспирант Калифорнийского университета в Беркли Маршалл Д. Перрин. «Наши наблюдения подтверждают, что звезды с низкой и средней массой образуются одинаково».
В 1996 году к телескопу Лика Шейна была добавлена система адаптивной оптики, которая устраняет размытые эффекты атмосферной турбулентности. Однако, как и все другие телескопы с адаптивной оптикой сегодня, включая двойной 10-метровый телескоп Keck на Гавайях, телескоп Лик имел полагаться на яркие звезды в поле зрения, чтобы обеспечить ссылку, необходимую для удаления размытия. Только приблизительно от одного до 10 процентов объектов на небе достаточно близко к яркой звезде, чтобы такая «естественная» система направляющих звезд работала.
Лазер на красителе с натрием, разработанный учеными из области лазерного лазера Динной М. Пеннингтон и Гербертом Фридманом из LLNL, наконец завершает адаптивную оптическую систему, так что астрономы могут использовать ее для просмотра любой части неба, независимо от того, находится ли яркая звезда поблизости.
Привязанный к отверстию телескопа Лик, лазер излучает узкий луч около 60 миль через турбулентную зону в верхние слои атмосферы, где лазерный свет стимулирует атомы натрия поглощать и повторно излучать свет того же цвета. Натрий поступает из микрометеоритов, которые вспыхивают и испаряются при попадании в атмосферу Земли.
Желтое светящееся пятно, созданное в атмосфере, эквивалентно звезде 9-й величины - примерно в 40 раз слабее, чем может видеть человеческий глаз. Тем не менее, он обеспечивает стабильный источник света, столь же эффективный, как яркая далекая звезда.
«Мы используем этот свет для измерения турбулентности в атмосфере над нашим телескопом сотни раз в секунду, а затем используем эту информацию для формирования специального гибкого зеркала таким образом, чтобы при освещении как от лазера, так и от цели вы были если смотреть, отскакивает от него, эффекты турбулентности устраняются », - сказала Клэр Макс, профессор астрономии и астрофизики в UC Santa Cruz, заместитель директора Центра адаптивной оптики и исследователь в LLNL, который работает для более более 10 лет на разработку лазерной направляющей звездной системы.
В одном из первых испытаний этой системы Грэм и Перрин включили телескоп на редких молодых массивных звездах, называемых звездами Хербига Ae / Be, которые нечеткие от земли и обычно слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть с помощью адаптивной оптики естественной направляющей звезды. Считается, что звезды Herbig Ae / Be с массами от 1,5 до 10 масс Солнца и возрастом, вероятно, менее 10 миллионов лет являются началом массивных звезд - звезд, которые в конечном итоге будут похожи на горячие звезды типа А Сириуса и Вега. Звезды Herbig Ae / Be были каталогизированы много лет назад астрономом Калифорнийского университета в Санта-Крус Джорджем Хербигом, который сейчас работает в Гавайском университете.
Самые массивные из звезд Хербига Ae / Be представляют большой интерес, поскольку именно они подвергаются взрывам сверхновых, которые заселяют галактику тяжелыми атомами, делая твердые планеты и даже возможную жизнь. Они также вызывают формирование звезд в близлежащих облаках.
То, что увидели астрономы, было очень похоже на известную картину звезд T Tauri, которые являются стадиями формирования звезд до 50 процентов больше, чем наше Солнце, и до 100 миллионов лет. Изображения двух звезд Хербига Ae / Be четко показывают темную линию, разделяющую каждую звезду, вызванную диском, блокирующим яркий свет звезды, и светящимся сферическим ореолом пыли и газа, окружающим звезду и диск. В каждой звезде могут появиться две струи газа и пыли, появляющиеся из полюсов аккреционного диска.
Две звезды, обозначенные как LkH (198 и LkH (233 (Lick водород-альфа-источники)), находятся на расстоянии 2000 и 3400 световых лет соответственно, в отдаленной области галактики Млечный путь.
«Материал из протозвездного облака не может упасть непосредственно в детскую звезду, поэтому он сначала приземляется в аккреционный диск и движется внутрь, чтобы упасть на звезду только после того, как он потерял свой угловой момент», - объяснил Перрин. «Этот процесс передачи момента импульса, наряду с эволюцией магнитных полей, приводит к запуску биполярных оттоков. Эти оттоки в конечном счете очищают оболочку, оставляя новорожденную звезду в окружении аккреционного диска. В течение нескольких миллионов лет остальной материал на диске накапливается, оставляя позади только молодую звезду ».
Перрин добавил, что космический телескоп Хаббл предоставил «очень четкие, однозначные изображения дисков и потоков вокруг звезд Т Таури», подтверждая теории о формировании звезд, подобных нашему Солнцу. Но из-за относительной редкости звезд Хербига Ae / Be таких четких данных об этих звездах до сих пор не было, сказал он.
Астрономы предположили, что очень массивные звезды образуются в результате столкновения двух или более звезд или в турбулентном облаке, в отличие от закрученного аккреционного диска. Интересно, что третья звезда, изображенная в ту же ночь Грэмом, и Перрин оказались двумя подобными солнцу звездами с полосой газа и пыли между ними, подозрительно похожими на одну звезду, захватывающую вещество из другой.
Грэм надеется сфотографировать более массивные звезды Хербига Ae / Be, чтобы увидеть, распространяется ли стандартная модель звездообразования на еще более крупные звезды. Детальные изображения звезд Herbig Ae / Be обязаны как новой лазерной направляющей звездной системе, так и поляриметру для визуализации ближнего инфракрасного диапазона, созданному Перрином и добавленному к ближней инфракрасной камере Беркли (IRCAL), уже установленной на телескопе.
«Без поляриметра свет от звезд в значительной степени затемняет структуры вокруг них», - сказал Перрин. «Поляриметр отделяет неполяризованный звездный свет от поляризованного рассеянного света от околозвездной пыли, что увеличивает обнаруживаемость этой пыли. Теперь, когда мы разработали эту технику в Lick, можно будет распространить ее на 10-метровые телескопы Keck, когда там начнет действовать система лазерных направляющих звезд ».
Поляриметр расщепляет свет от изображения на две поляризации, используя двулучепреломляющий кристалл нового типа, изготовленный из лития, иттрия и фтора (LiYF4), что является улучшением по сравнению с кристаллами кальцита, используемыми до настоящего времени.
Многие другие группы разрабатывают лазеры для использования в качестве звезд-ориентиров, но группа Макса опередила своих конкурентов с тех пор, как впервые продемонстрировала эту концепцию в начале 1990-х годов в Ливерморе. С тех пор она и ее коллеги совершенствовали лазер и программное обеспечение, которое позволяет зеркалу - в случае 120-дюймового телескопа Лика, 3-дюймовому вторичному зеркалу внутри основного телескопа - изгибаться вправо, чтобы убрать мерцание из звезды.
Лазер мощностью от 11 до 12 Вт представляет собой лазер на красителе с натрием, настроенный на частоту, которая будет возбуждать холодные атомы натрия в атмосфере. Лазер на красителе накачивается зеленым неодимовым YAG-лазером, более старшим братом по сравнению с легкодоступными зелеными милливаттными лазерными указками.
«Причина, по которой мы теперь можем заниматься наукой с системой лазерных направляющих звезд, заключается в том, что ее надежность и удобство использования значительно улучшились», - сказал Грэм. «Лазер открывает адаптивную оптику для гораздо большего сообщества».
«Я думаю, что это будет рабочий инструмент в Lick», - добавил Макс. «Сам лазер и система адаптивной оптики довольно стабильны и надежны. Что произойдет сейчас, так это то, что люди собираются делать с ней астрономию, они будут разрабатывать новые методы наблюдения с ней, пробовать ее на новых типах объектов. Как правило, приходит хороший астроном и делает вещи с вашим инструментом, о котором вы никогда не мечтали ».
Макс и ее коллеги провели испытания идентичной лазерной системы наведения на телескопах Keck на Гавайях, но она еще не готова для повседневного использования, сказала она.
«The Keck использует ту же технологию, что и в Lick», - сказал Макс. «Я ожидаю увидеть эту общую технологию, используемую на большинстве телескопов, но с разными видами лазеров. Люди изобретают новые типы лазеров справа и слева, поэтому я думаю, что игра еще не решена ».
Другие авторы «Науки», кроме Грэма, Перрина, Макса и Пеннингтона, связаны с Центром адаптивной оптики Национального научного фонда при Центре Калифорнийского университета в Санта-Крузе: ассистентом-астрономом Полом Каласом из Калифорнийского университета в Беркли, Джеймсом П. Ллойдом из Калифорнийский технологический институт, Дональд Т. Гавел из лаборатории адаптивной оптики Калифорнийского университета в Санта-Крусе и Элинор Л. Гейтс из обсерваторий Калифорнийского университета / Обсерватория им. Лика.
Наблюдения и разработка лазерной направляющей звезды финансировались Национальным научным фондом и Министерством энергетики США.
Первоисточник: Пресс-релиз Калифорнийского университета в Беркли
