Credito d'immagine: UC Berkeley
La University of California, Berkeley, gli astronomi hanno approfittato di un sistema stellare di guida laser recentemente montato all'Osservatorio Lick di UC per ottenere immagini nitide e prive di scintillio dei deboli dischi polverosi di stelle enormi lontane. Le immagini mostrano chiaramente che le stelle due o tre volte più grandi della forma del sole allo stesso modo delle stelle di tipo solare - all'interno di una nuvola sferica vorticosa che collassa in un disco, come quello da cui sono emersi il sole e i suoi pianeti.
Il raggio laser giallo che perfora i cieli sopra il Lick Observatory è diventato operativo sul telescopio Shane da 10 piedi l'anno scorso, ampliando l'uso del sistema di "specchio di gomma" del telescopio, chiamato ottica adattiva, all'intero cielo notturno. L'aggiunta del laser rende Lick l'unico osservatorio in grado di fornire una stella guida laser per l'uso di routine.
Il team di UC Berkeley e i suoi colleghi del Center for Adaptive Optics dell'UC Santa Cruz e Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) riportano i loro risultati nel numero del 27 febbraio della rivista Science.
"Il paradigma per le stelle come il nostro sole è il collasso gravitazionale di una nuvola su una protostar e un disco di accrescimento simile a un pancake, ma c'è una massa a cui questo non può funzionare - la luminosità della stella diventa sufficiente per interrompere il disco, e cade a pezzi tanto velocemente quanto si unisce ”, ha detto James R. Graham, professore di astronomia alla UC Berkeley. "I nostri dati mostrano che il paradigma del modello standard funziona ancora per stelle da due a tre volte più grandi del sole."
"Senza un'ottica adattiva, vedremmo solo una grande macchia sfocata da terra e non saremmo in grado di rilevare nessuna delle belle strutture attorno alle fonti", ha aggiunto Marshall D. Perrin, laureato della UC Berkeley. "Le nostre osservazioni forniscono un forte supporto per una visione emergente che stelle di massa bassa e intermedia si formano in modo simile."
Un sistema di ottica adattiva, che rimuove gli effetti sfocati della turbolenza atmosferica, è stato aggiunto al telescopio Shane di Lick nel 1996. Tuttavia, come tutti gli altri telescopi con ottica adattiva oggi, incluso il doppio telescopio Keck da 10 metri nelle Hawaii, il telescopio Lick ha avuto fare affidamento su stelle luminose nel campo visivo per fornire il riferimento necessario per rimuovere la sfocatura. Solo circa l'1-10 percento degli oggetti nel cielo è sufficientemente vicino a una stella luminosa per far funzionare un sistema di stelle guida così "naturale".
Il laser a colorante di sodio, sviluppato dagli scienziati laser asso Deanna M. Pennington e Herbert Friedman di LLNL, completa finalmente il sistema di ottica adattiva in modo che gli astronomi possano utilizzarlo per visualizzare qualsiasi parte del cielo, indipendentemente dal fatto che una stella luminosa si trovi nelle vicinanze.
Legato al foro del telescopio Lick, il laser fa brillare un fascio stretto a circa 60 miglia attraverso la zona turbolenta nell'atmosfera superiore, dove la luce laser stimola gli atomi di sodio ad assorbire e riemettere luce dello stesso colore. Il sodio proviene da micrometeoriti che si infiammano ed evaporano quando entrano nell'atmosfera terrestre.
Il punto luminoso giallo creato nell'atmosfera equivale a una stella di nona magnitudine - circa 40 volte più debole di quanto l'occhio umano possa vedere. Tuttavia, fornisce una fonte di luce costante altrettanto efficace di una stella luminosa lontana.
"Usiamo quella luce per misurare la turbolenza nell'atmosfera sul nostro telescopio centinaia di volte al secondo, e quindi usiamo quelle informazioni per modellare uno speciale specchio flessibile in modo tale che quando la luce, sia dal laser che dal bersaglio, sei osservando, rimbalzando, gli effetti della turbolenza vengono rimossi ", ha affermato Claire Max, professore di astronomia e astrofisica presso l'UC Santa Cruz, vicedirettore del Center for Adaptive Optics e ricercatore presso LLNL che ha lavorato per più di 10 anni per sviluppare un sistema di stelle guida laser.
In uno dei primi test di questo sistema, Graham e Perrin hanno puntato il telescopio su stelle rare, giovani e massicce chiamate stelle Herbig Ae / Be che sono sfocate da terra e in genere troppo deboli per essere immaginate dall'ottica adattiva delle stelle guida naturali. Le stelle di Herbig Ae / Be, con masse tra 1,5 e 10 volte quella del sole e probabilmente meno di 10 milioni di anni, sono pensate per essere l'inizio di stelle massicce - stelle che finiranno come le calde, stelle di Tipo A Sirius e Vega. Le stelle di Herbig Ae / Be sono state catalogate anni fa dall'astronomo della UC Santa Cruz George Herbig, ora all'Università delle Hawaii.
Le più imponenti delle stelle Herbig Ae / Be sono di grande interesse perché sono quelle che subiscono esplosioni di supernova che seminano la galassia con atomi pesanti, rendendo possibili pianeti solidi e persino la vita. Inoltre innescano la formazione stellare nelle nuvole vicine.
Ciò che gli astronomi videro era molto simile al noto quadro delle stelle T Tauri, che sono le fasi formative delle stelle fino al 50 percento più grandi del nostro sole e fino a 100 milioni di anni fa. Le immagini delle due stelle Herbig Ae / Be mostrano chiaramente una linea scura che taglia in due ogni stella, causata da un disco che blocca il bagliore luminoso della stella e da un alone sferico luminoso di polvere e gas che avvolge la stella e il disco. In ogni stella, due getti di gas e polvere possono sembrare emergere dai poli del disco di accrescimento.
Le due stelle, catalogate come LkH (198 e LkH (233 (fonti Lick idrogeno-alfa), distano rispettivamente 2000 e 3.400 anni luce, in una regione lontana della galassia della Via Lattea.
"Il materiale della nuvola protostellare non può cadere direttamente nella stella infantile, quindi prima atterra in un disco di accrescimento e si sposta verso l'interno solo per cadere sulla stella dopo che ha perso il suo momento angolare", ha spiegato Perrin. “Questo processo di trasferimento del momento angolare, insieme all'evoluzione dei campi magnetici, porta al lancio di deflussi bipolari. Questi deflussi alla fine cancellano la busta, lasciando una stella appena nata circondata da un disco di accrescimento. Nel giro di pochi milioni di anni, il resto del materiale nel disco viene aumentato, lasciando dietro di sé solo la giovane stella. "
Perrin ha aggiunto che il telescopio spaziale Hubble ha fornito "immagini molto chiare e inequivocabili di dischi e deflussi attorno alle stelle T Tauri", confermando le teorie sulla formazione di stelle come il nostro sole. Ma, a causa della relativa rarità delle stelle Herbig Ae / Be, fino ad ora mancavano dati così chiari per quelle stelle, ha detto.
Gli astronomi hanno proposto che stelle molto imponenti si formino dalla collisione di due o più stelle o in una nuvola turbolenta a differenza del vortice disco di accrescimento. È interessante notare che una terza stella immaginata la stessa notte da Graham e Perrin si sono rivelate due stelle simili al sole con un nastro di gas e polvere tra di loro, che sembrano sospettosamente come una stella che cattura la materia dall'altra.
Graham spera di fotografare stelle Herbig Ae / Be più grandi per vedere se il modello standard di formazione stellare si estende a stelle ancora più grandi. Le immagini dettagliate delle stelle Herbig Ae / Be devono tanto al nuovo sistema di stelle guida laser quanto a un polarimetro di imaging a infrarossi vicino costruito da Perrin e aggiunto alla Berkeley Near Infrared Camera (IRCAL) già montata sul telescopio.
"Senza un polarimetro, la luce delle stelle oscura in gran parte le strutture intorno a loro", ha detto Perrin. “Il polarimetro separa la luce delle stelle non polarizzata dalla luce diffusa polarizzata dalla polvere circumstellare, aumentando la rilevabilità di quella polvere. Ora che abbiamo sviluppato questa tecnica a Lick, sarà possibile estenderla ai telescopi Keck da 10 metri man mano che il sistema di stelle guida laser diventerà operativo ".
Il polarimetro divide la luce dall'immagine nelle sue due polarizzazioni usando un nuovo tipo di cristallo birifrangente fatto di litio, ittrio e fluoro (LiYF4), un miglioramento rispetto ai cristalli di calcite usati fino ad oggi.
Molti altri gruppi stanno sviluppando laser da utilizzare come stelle guida, ma il gruppo di Max è stato in vantaggio rispetto ai suoi concorrenti sin dalla prima dimostrazione del concetto nei primi anni '90 a Livermore. Da allora, lei e i suoi colleghi hanno perfezionato il laser e il software che consente allo specchio - nel caso del telescopio da 120 pollici di Lick, uno specchio secondario da 3 pollici all'interno del telescopio principale - di essere flesso proprio per rimuovere il luccichio da stelle.
Il laser da 11 a 12 watt è un laser a colorante di sodio sintonizzato sulla frequenza che ecciterà gli atomi di sodio freddi nell'atmosfera. Il laser a colorante è pompato da un laser YAG al neodimio verde, un fratello maggiore dei puntatori laser milliwatt verdi prontamente disponibili.
"Il motivo per cui ora possiamo fare scienza con il sistema di stelle guida laser è che la sua affidabilità e usabilità sono notevolmente migliorate", ha affermato Graham. "Il laser apre l'ottica adattiva a una comunità molto più ampia."
"Penso che sarà uno strumento da cavallo per Lick", ha aggiunto Max. “Il laser stesso e l'hardware del sistema di ottica adattiva sono piuttosto stabili e robusti. Quello che succederà ora è che le persone faranno astronomia con esso, svilupperanno nuove tecniche per osservarlo, provarlo su nuovi tipi di oggetti. Nel modo tipico, un buon astronomo verrà e farà cose con il tuo strumento che non avresti mai immaginato. "
Max e i suoi colleghi hanno testato un identico sistema di stelle guida laser presso i telescopi Keck alle Hawaii, ma non è ancora pronto per l'uso di routine, ha detto.
"Il Keck utilizza la stessa tecnologia che abbiamo a Lick", ha detto Max. “Mi aspetto di vedere questa tecnologia generale utilizzata sulla maggior parte dei telescopi, ma con diversi tipi di laser. Le persone stanno inventando nuovi tipi di laser a destra e a sinistra, quindi penso che il gioco debba ancora stabilizzarsi. "
Altri autori dell'articolo scientifico, oltre a Graham, Perrin, Max e Pennington, sono affiliati al Center for Adaptive Optics della National Science Foundation, con sede presso l'UC Santa Cruz: l'assistente astronomo di ricerca Paul Kalas dell'UC Berkeley, James P. Lloyd del California Institute of Technology, Donald T. Gavel del UC Santa Cruz's Laboratory for Adaptive Optics, e Elinor L. Gates degli UC Observatories / Lick Observatory.
Le osservazioni e lo sviluppo della stella guida laser sono stati finanziati dalla National Science Foundation e dal Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti.
Fonte originale: UC Berkeley News Release
