Bildekreditt: UC Berkeley
University of California, Berkeley, astronomer har benyttet seg av et nylig montert laserguidestjernersystem ved UCs Lick Observatory for å skaffe skarpe, glimtfrie bilder av de svake støvete disker fra fjerne, store stjerner. Bildene viser tydelig at stjerner som er to til tre ganger større enn solen, danner seg på samme måte som stjerner av soltype - inne i en virvlende sfærisk sky som kollapser inn i en skive, som den solen og planetene hans kom fra.
Den gule laserstrålen som stikker himmelen over Lick Observatory ble i drift på det 10 fot store Shane-teleskopet i fjor, og utvidet bruken av teleskopets “gummispeil” -system, kalt adaptiv optikk, til hele natten himmel. Tilsetningen av laseren gjør Lick til det eneste observatoriet som gir en laserlederstjerne for rutinemessig bruk.
UC Berkeley-teamet og dets kolleger ved UC Santa Cruz senter for adaptiv optikk og Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) rapporterer om resultatene sine i 27. februar-utgaven av tidsskriftet Science.
"Paradigmet for stjerner som solen vår er gravitasjonskollaps av en sky til en protostar og en pannekake-liknende aksjonsskive, men det er en viss masse dette ikke kan fungere - stjernens lysstyrke blir tilstrekkelig til å forstyrre disken, og den faller fra hverandre så fort den trekker seg sammen, sier James R. Graham, professor i astronomi ved UC Berkeley. "Våre data viser at standardmodellparadigmet fremdeles fungerer for stjerner to til tre ganger så massivt som solen."
Uten adaptiv optikk, ville vi bare se en stor uklar klat fra bakken og ville ikke være i stand til å oppdage noen av den fine strukturen rundt kildene, ”la UC Berkeley-kandidat Marshall D. Perrin til. "Våre observasjoner gir sterk støtte for et synspunkt om at stjerner med lav og mellomliggende masse dannes på lignende måte."
Et adaptivt optikksystem, som fjerner uskarpe effekter av atmosfærisk turbulens, ble lagt til Licks Shane-teleskop i 1996. Imidlertid, som alle andre teleskoper med adaptiv optikk i dag, inkludert de tvilling 10 meter Keck-teleskopene på Hawaii, Lick-teleskopet har hatt å stole på lyse stjerner i synsfeltet for å gi referansen som trengs for å fjerne uskarpheten. Bare rundt en til 10 prosent av objektene på himmelen er tilstrekkelig i nærheten av en lys stjerne for at et slikt "naturlig" guide-stjernesystem skal fungere.
Natriumfargestofflaseren, utviklet av esselaserforskerne Deanna M. Pennington og Herbert Friedman fra LLNL, fullfører til slutt det adaptive optikksystemet slik at astronomer kan bruke den til å se på hvilken som helst del av himmelen, uansett om en lys stjerne er i nærheten eller ikke.
Festet til bore på Lick-teleskopet, skinner laseren en smal stråle rundt 60 mil gjennom den turbulente sonen inn i den øvre atmosfæren, der laserlyset stimulerer natriumatomer til å absorbere og avgi lys i samme farge. Natriumet kommer fra mikrometeoritter som flammer ut og fordamper når de kommer inn i jordas atmosfære.
Det gule glødende stedet som er opprettet i atmosfæren tilsvarer en stjerne i 9. størrelse - omtrent 40 ganger svakere enn det menneskelige øye kan se. Likevel gir den en jevn lyskilde like effektiv som en lys fjern stjerne.
”Vi bruker det lyset for å måle turbulensen i atmosfæren over teleskopet vårt hundrevis av ganger i sekundet, og bruker deretter den informasjonen til å forme et spesielt fleksibelt speil på en slik måte at når lyset, både fra laser og mål du er å se på, spretter av den, effekten av turbulensen fjernes, sier Claire Max, professor i astronomi og astrofysikk ved UC Santa Cruz, visedirektør for Center for Adaptive Optics og en forsker ved LLNL som har jobbet for mer enn 10 år for å utvikle et laserguidestjernersystem.
I en av de første testene av dette systemet snudde Graham og Perrin teleskopet på sjeldne, unge, massive stjerner kalt Herbig Ae / Be-stjerner som er uklar fra bakken og typisk for svak til å bli avbildet av en naturlig ledestjernens adaptive optikk. Herbig Ae / Be-stjerner, med masser mellom 1,5 og 10 ganger solens og sannsynligvis mindre enn 10 millioner år gamle, antas å være begynnelsen på massive stjerner - stjerner som vil ende opp som de varme, type A-stjernene Sirius og Vega. Herbig Ae / Be-stjerner ble katalogisert for mange år siden av UC Santa Cruz-astronom George Herbig, nå ved University of Hawaii.
De mest massive av Herbig Ae / Be-stjernene er av stor interesse fordi de er de som gjennomgår supernovaeksplosjoner som frø galaksen med tunge atomer, noe som gjør solide planeter og til og med livet mulig. De utløser også stjernedannelse i skyer i nærheten.
Det astronomene så var veldig likt det kjente bildet av T Tauri-stjerner, som er de dannende stadiene av stjerner opptil 50 prosent større enn solen vår og opptil 100 millioner år gamle. Bilder av de to Herbig Ae / Be-stjernene viser tydelig en mørk linje som halverer hver stjerne, forårsaket av en disk som blokkerer stjernens sterke gjenskinn, og en glødende sfærisk glorie av støv og gass som omslutter stjernen og disken. I hver stjerne kan det se ut som to jetstråler med gass og støv fra polene på tilskuddsskiven.
De to stjernene, katalogisert som LkH (198 og LkH (233 (Lick hydrogen-alpha kilder)), ligger henholdsvis 2000 og 3.400 lysår i et fjernt område av Melkeveien.
"Materiale fra den protostellare skyen kan ikke falle direkte inn i spedbarnsstjernen, så det lander først i en aksjonsskive og beveger seg bare innover for å falle på stjernen etter at den har kastet sin vinkelmoment," forklarte Perrin. ”Den prosessen med overføring av kantete momentum, sammen med utviklingen av magnetiske felt, fører til lansering av bipolar utstrømning. Disse utstrømmene retter etter hvert konvolutten, og etterlater en nyfødt stjerne omgitt av en akkresjonsskive. I løpet av noen millioner år blir resten av materialet på disken akkreditert, og bare den unge stjernen etterlater seg. ”
Perrin la til at Hubble-romteleskopet har gitt "veldig tydelige, entydige bilder av disker og utstrømninger rundt T Tauri-stjerner," som bekrefter teorier om dannelsen av stjerner som vår sol. Men på grunn av den relative sjeldenheten til Herbig Ae / Be-stjerner, har slike klare data for disse stjernene manglet til nå, sa han.
Astronomer har foreslått at det dannes veldig massive stjerner fra kollisjonen av to eller flere stjerner, eller i en turbulent sky i motsetning til den virvlende trekkspenningsskiven. Interessant nok viste en tredje stjerne som ble avbildet samme natt av Graham og Perrin vist seg å være to sollignende stjerner med et bånd av bensin og støv mellom seg, og ser mistenkelig ut som en stjerne som fanger materie fra den andre.
Graham håper å fotografere mer massive Herbig Ae / Be-stjerner for å se om standard stjernedannelsesmodell strekker seg til enda større stjerner. De detaljerte bildene av Herbig Ae / Be-stjernene skylder like mye det nye laserguidestjernesystemet som et nær-infrarødt bildepolarimeter bygget av Perrin og lagt til Berkeley Near Infrared Camera (IRCAL) som allerede er montert på teleskopet.
"Uten et polarimeter, skjuver lys fra stjernene i stor grad strukturene rundt seg," sa Perrin. “Polarimeteret skiller upolarisert stjernelys fra polarisert spredt lys fra omkretsstøvet, noe som øker detekterbarheten av støvet. Nå som vi har utviklet denne teknikken på Lick, vil det være mulig å utvide den til de 10 meter lange Keck-teleskopene etter hvert som laserføringsstjernersystemet der blir i drift. "
Polarimeteret splitter lyset fra bildet i de to polariseringene ved å bruke en ny type birefringent krystall laget av litium, yttrium og fluor (LiYF4), en forbedring i forhold til kalsittkrystallene som hittil ble brukt.
Mange andre grupper utvikler lasere som skal brukes som ledestjerner, men Maxs gruppe har vært foran sine konkurrenter siden de først demonstrerte konseptet på begynnelsen av 1990-tallet på Livermore. Siden den gang har hun og kollegene perfeksjonert laseren og programvaren som gjør at speilet - i tilfelle av Licks 120-tommers teleskop, et 3-tommers sekundært speil i hovedteleskopet - kan bøyes helt riktig for å fjerne glimtet fra stjerner.
11 til 12 watt laser er en natriumfargestoff-laser innstilt på frekvensen som vil vekke de kalde natriumatomer i atmosfæren. Fargelaseren er pumpet av en grønn neodym-YAG-laser, en større bror til de lett tilgjengelige grønne milliwatt-laserpekerne.
"Årsaken til at vi nå kan gjøre vitenskap med laserguidestjernersystemet er at dets pålitelighet og brukervennlighet er så mye forbedret," sa Graham. "Laseren åpner for adaptiv optikk til et mye større samfunn."
"Jeg tror det kommer til å bli et arbeidshestinstrument hos Lick," la Max til. “Selve laseren og det adaptive optiske systemets maskinvare er ganske stabile og ganske robuste. Det som kommer til å skje nå er at folk skal gjøre astronomi med det, de kommer til å utvikle nye teknikker for å observere det, prøve det på nye typer objekter. På en typisk måte vil en god astronom komme og gjøre ting med instrumentet ditt som du aldri hadde forestilt deg. ”
Max og hennes kolleger har testet et identisk laserguidestjernesystem ved Keck-teleskopene på Hawaii, men det er ennå ikke klart til rutinemessig bruk, sa hun.
"Keck bruker den samme teknologien som vi har på Lick," sa Max. ”Jeg forventer å se denne generelle teknologien brukt på de fleste teleskoper, men med forskjellige typer lasere. Folk oppfinner nye typer lasere til høyre og venstre, så jeg tror det spillet gjenstår å slå seg ut. ”
Andre forfattere av Science-artikkelen, bortsett fra Graham, Perrin, Max og Pennington, er tilknyttet National Science Foundation's Center for Adaptive Optics, sentrert ved UC Santa Cruz: assisterende forskningsastronom Paul Kalas fra UC Berkeley, James P. Lloyd fra the California Institute of Technology, Donald T. Gavel fra UC Santa Cruz's Laboratory for Adaptive Optics, og Elinor L. Gates fra UC Observatories / Lick Observatory.
Observasjonene og utviklingen av laserguidestjernen ble finansiert av National Science Foundation og U.S. Department of Energy.
Originalkilde: UC Berkeley News Release
