Crédito de imagen: UC Berkeley
Los astrónomos de la Universidad de California, Berkeley, han aprovechado un sistema de estrella guía láser recientemente montado en el Observatorio Lick de la UC para obtener imágenes nítidas y sin parpadeos de los tenues discos polvorientos de estrellas masivas distantes. Las imágenes muestran claramente que las estrellas dos o tres veces más grandes que el sol se forman de la misma manera que las estrellas de tipo solar, dentro de una nube esférica que se derrumba en un disco, de la que emergieron el sol y sus planetas.
El rayo láser amarillo que atraviesa el cielo sobre el Observatorio Lick entró en funcionamiento en el telescopio Shane de 10 pies el año pasado, expandiendo el uso del sistema de "espejo de goma" del telescopio, llamado óptica adaptativa, a todo el cielo nocturno. La adición del láser convierte a Lick en el único observatorio que proporciona una estrella guía láser para uso rutinario.
El equipo de UC Berkeley y sus colegas del Centro de Óptica Adaptativa de UC Santa Cruz y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) informan sus resultados en la edición del 27 de febrero de la revista Science.
"El paradigma para estrellas como nuestro sol es el colapso gravitacional de una nube a una estrella y un disco de acreción similar a un panqueque, pero hay algo de masa en la que esto no puede funcionar: la luminosidad de la estrella se vuelve suficiente para interrumpir el disco, y se desmorona tan rápido como se une ", dijo James R. Graham, profesor de astronomía en UC Berkeley. "Nuestros datos muestran que el paradigma del modelo estándar todavía funciona para las estrellas dos o tres veces más masivas que el sol".
"Sin una óptica adaptativa, solo veríamos una gran gota borrosa desde el suelo y no podríamos detectar ninguna de las estructuras finas alrededor de las fuentes", agregó Marshall D. Perrin, estudiante graduado de UC Berkeley. "Nuestras observaciones brindan un fuerte respaldo para una visión emergente de que las estrellas de masa baja e intermedia se forman de manera similar".
Un sistema de óptica adaptativa, que elimina los efectos borrosos de la turbulencia atmosférica, se agregó al telescopio Lick's Shane en 1996. Sin embargo, como todos los demás telescopios con óptica adaptativa hoy en día, incluido el telescopio gemelo Keck de 10 metros en Hawai, el telescopio Lick ha tenido confiar en estrellas brillantes en el campo de visión para proporcionar la referencia necesaria para eliminar el desenfoque. Solo entre el 1 y el 10 por ciento de los objetos en el cielo están lo suficientemente cerca de una estrella brillante como para que funcione un sistema de estrellas guía tan "natural".
El láser de colorante de sodio, desarrollado por los científicos de láser as Deanna M. Pennington y Herbert Friedman de LLNL, finalmente completa el sistema de óptica adaptativa para que los astrónomos puedan usarlo para ver cualquier parte del cielo, ya sea que una estrella brillante esté o no cerca.
Atado al orificio del telescopio Lick, el láser proyecta un haz estrecho a unas 60 millas a través de la zona turbulenta hacia la atmósfera superior, donde la luz láser estimula a los átomos de sodio a absorber y reemitir luz del mismo color. El sodio proviene de micrometeoritos que se inflaman y se evaporan cuando entran en la atmósfera de la Tierra.
El punto amarillo brillante creado en la atmósfera es equivalente a una estrella de novena magnitud, aproximadamente 40 veces más débil de lo que el ojo humano puede ver. Sin embargo, proporciona una fuente de luz constante tan efectiva como una estrella brillante y distante.
“Usamos esa luz para medir la turbulencia en la atmósfera sobre nuestro telescopio cientos de veces por segundo, y luego usamos esa información para dar forma a un espejo flexible especial de tal manera que cuando la luz, tanto del láser como del objetivo, se encuentre mirando, rebota, se eliminan los efectos de la turbulencia ", dijo Claire Max, profesora de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, subdirectora del Centro de Óptica Adaptativa e investigadora de LLNL que ha estado trabajando por más de 10 años para desarrollar un sistema de estrella guía láser.
En una de las primeras pruebas de este sistema, Graham y Perrin convirtieron el telescopio en estrellas inusuales, jóvenes y masivas llamadas estrellas Herbig Ae / Be que están borrosas del suelo y, por lo general, demasiado débiles para ser captadas por la óptica adaptativa de la estrella guía natural. Se cree que las estrellas Herbig Ae / Be, con masas entre 1,5 y 10 veces mayores que las del sol y probablemente de menos de 10 millones de años, son el comienzo de estrellas masivas, estrellas que terminarán como las estrellas calientes, tipo A, Sirio y Vega Las estrellas Herbig Ae / Be fueron catalogadas hace años por el astrónomo George Herbig de la Universidad de Santa Cruz, ahora en la Universidad de Hawai.
Las más masivas de las estrellas Herbig Ae / Be son de gran interés porque son las que experimentan explosiones de supernovas que siembran la galaxia con átomos pesados, haciendo posible planetas sólidos e incluso la vida. También desencadenan la formación de estrellas en las nubes cercanas.
Lo que vieron los astrónomos fue muy similar a la imagen conocida de las estrellas T Tauri, que son las etapas formativas de las estrellas hasta un 50 por ciento más grandes que nuestro sol y de hasta 100 millones de años. Las imágenes de las dos estrellas Herbig Ae / Be muestran claramente una línea oscura que divide cada estrella, causada por un disco que bloquea el resplandor brillante de la estrella, y un halo esférico brillante de polvo y gas que envuelve la estrella y el disco. En cada estrella, pueden aparecer dos chorros de gas y polvo saliendo de los polos del disco de acreción.
Las dos estrellas, catalogadas como LkH (198 y LkH (233 (fuentes de hidrógeno alfa Lick)), están a 2.000 y 3.400 años luz de distancia, respectivamente, en una región distante de la galaxia de la Vía Láctea.
"El material de la nube protostelar no puede caer directamente en la estrella infantil, por lo que primero aterriza en un disco de acreción y solo se mueve hacia adentro para caer sobre la estrella después de que ha perdido su momento angular", explicó Perrin. “Ese proceso de transferencia de momento angular, junto con la evolución de los campos magnéticos, conduce al lanzamiento de las salidas bipolares. Estas salidas eventualmente despejan el sobre, dejando una estrella recién nacida rodeada por un disco de acreción. En unos pocos millones de años, el resto del material en el disco se acumula, dejando solo a la joven estrella ".
Perrin agregó que el telescopio espacial Hubble ha proporcionado "imágenes muy claras e inequívocas de discos y salidas alrededor de las estrellas T Tauri", confirmando teorías sobre la formación de estrellas como nuestro sol. Pero, debido a la relativa rareza de las estrellas Herbig Ae / Be, hasta ahora faltaban datos tan claros para esas estrellas, dijo.
Los astrónomos han propuesto que se formen estrellas muy masivas a partir de la colisión de dos o más estrellas, o en una nube turbulenta a diferencia del disco de acreción giratorio. Curiosamente, una tercera estrella fotografiada la misma noche por Graham y Perrin resultó ser dos estrellas parecidas al sol con una cinta de gas y polvo entre ellas, pareciendo sospechosamente como una estrella capturando materia de la otra.
Graham espera fotografiar estrellas Herbig Ae / Be más masivas para ver si el modelo estándar de formación estelar se extiende a estrellas aún más grandes. Las imágenes detalladas de las estrellas Herbig Ae / Be se deben tanto al nuevo sistema de estrella de guía láser como a un polarímetro de imágenes de infrarrojo cercano construido por Perrin y agregado a la Cámara Berkeley de Infrarrojo Cercano (IRCAL) ya montada en el telescopio.
"Sin un polarímetro, la luz de las estrellas oscurece en gran medida las estructuras a su alrededor", dijo Perrin. “El polarímetro separa la luz estelar no polarizada de la luz dispersa polarizada del polvo circunestelar, lo que aumenta la capacidad de detección de ese polvo. Ahora que hemos desarrollado esta técnica en Lick, será posible extenderla a los telescopios Keck de 10 metros a medida que el sistema de estrella guía láser esté en funcionamiento ".
El polarímetro divide la luz de la imagen en sus dos polarizaciones utilizando un nuevo tipo de cristal birrefringente hecho de litio, itrio y flúor (LiYF4), una mejora con respecto a los cristales de calcita utilizados hasta la fecha.
Muchos otros grupos están desarrollando láseres para ser utilizados como estrellas guía, pero el grupo de Max ha estado por delante de sus competidores desde la primera demostración del concepto a principios de la década de 1990 en Livermore. Desde entonces, ella y sus colegas han estado perfeccionando el láser y el software que permite que el espejo, en el caso del telescopio de 120 pulgadas de Lick, un espejo secundario de 3 pulgadas dentro del telescopio principal, se flexione a la perfección para eliminar el brillo. estrellas.
El láser de 11 a 12 vatios es un láser de colorante de sodio sintonizado a la frecuencia que excitará los átomos fríos de sodio en la atmósfera. El láser de tinte es bombeado por un láser verde de neodimio YAG, un hermano mayor de los punteros láser verde de milivatios disponibles.
"La razón por la que ahora podemos hacer ciencia con el sistema de estrella guía láser es porque su confiabilidad y usabilidad han mejorado mucho", dijo Graham. "El láser abre la óptica adaptativa a una comunidad mucho más grande".
"Creo que va a ser un instrumento de caballo de batalla en Lick", agregó Max. “El láser en sí y el hardware del sistema de óptica adaptativa son bastante estables y bastante robustos. Lo que va a suceder ahora es que la gente va a hacer astronomía con ella, van a desarrollar nuevas técnicas para observarla, probarla con nuevos tipos de objetos. De la manera típica, un buen astrónomo vendrá y hará cosas con su instrumento que nunca imaginó ".
Max y sus colegas probaron un sistema de estrella guía láser idéntico en los Telescopios Keck en Hawai, pero aún no está listo para el uso de rutina, dijo.
"El Keck está utilizando la misma tecnología que tenemos en Lick", dijo Max. “Espero ver esta tecnología general utilizada en la mayoría de los telescopios, pero con diferentes tipos de láser. La gente está inventando nuevos tipos de láser a derecha e izquierda, por lo que creo que el juego aún no se ha resuelto ”.
Otros autores del artículo de Science, además de Graham, Perrin, Max y Pennington, están afiliados al Centro de Óptica Adaptativa de la National Science Foundation, centrado en UC Santa Cruz: el astrónomo asistente de investigación Paul Kalas de UC Berkeley, James P. Lloyd de Instituto de Tecnología de California, Donald T. Gavel, del Laboratorio de Óptica Adaptativa de la Universidad de California en Santa Cruz, y Elinor L. Gates, del Observatorio UC / Observatorio Lick.
Las observaciones y el desarrollo de la estrella guía láser fueron financiados por la National Science Foundation y el Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente original: Comunicado de prensa de UC Berkeley
