Obrazový kredit: UC Berkeley
Kalifornská univerzita, Berkeley, astronomové využili nedávno instalovaného laserového vodicího hvězdného systému v UC Lick Observatory, aby získali ostré obrazy bez záblesků slabých disků vzdálených masivních hvězd. Obrázky jasně ukazují, že hvězdy dvou až třikrát větší než Slunce se tvoří stejným způsobem jako hvězdy slunečního typu - uvnitř vířícího sférického mraku, který se zhroutí na disk, jako je ten, ze kterého vyšlo slunce a jeho planety.
Žlutý laserový paprsek pronikající nebesa nad Lick Observatory byl minulý rok v provozu na 10 stopovém dalekohledu Shane, čímž se rozšířilo používání „gumového zrcadlového“ systému dalekohledu, zvaného adaptivní optika, na celou noční oblohu. Přidání laseru dělá z Licka jedinou observatoř poskytující laserovou vodicí hvězdu pro rutinní použití.
Tým UC Berkeley a jeho kolegové z Centra pro adaptivní optiku a Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) UC Santa Cruz informují o svých výsledcích v čísle 27. února časopisu Science.
"Paradigmem pro hvězdy, jako je naše slunce, je gravitační kolaps mraku na protostar a palačinka jako akreční disk, ale existuje určitá hmota, při které to nemůže fungovat - jas světla hvězdy postačuje k rozbití disku, a rozpadá se tak rychle, jak se k sobě přitahuje, “řekl James R. Graham, profesor astronomie na UC Berkeley. "Naše data ukazují, že standardní vzorové paradigma stále funguje pro hvězdy dvakrát až třikrát tak masivní jako slunce."
"Bez adaptivní optiky bychom ze země viděli jen velkou fuzzy blob a nebyli bychom schopni detekovat žádnou jemnou strukturu kolem zdrojů," dodal postgraduální student UC Berkeley Marshall D. Perrin. "Naše pozorování silně podporují vznikající názor, že hvězdy s nízkou a střední hmotností se podobným způsobem vytvářejí."
V roce 1996 byl do Lick's Shaneho dalekohledu přidán adaptivní optický systém, který odstraňuje rozmazané účinky atmosférické turbulence. Stejně jako všechny ostatní dalekohledy s adaptivní optikou, včetně dvojitého 10metrového dalekohledu Keck na Havaji, měl i Lickův dalekohled spoléhat se na jasné hvězdy v zorném poli, aby poskytly reference potřebné k odstranění rozmazání. Pouze asi jedno až deset procent objektů na obloze je dostatečně blízko jasné hvězdy, aby takový „přirozený“ systém vodicích hvězd fungoval.
Laser na barvení sodíku, vyvinutý vědci ace laserů Deannou M. Penningtonovou a Herbertem Friedmanem z LLNL, konečně dokončuje adaptivní optický systém, aby jej mohli astronomové použít k prohlížení jakékoli části oblohy, ať už je či není poblíž jasná hvězda.
Laser připoutaný k otvoru Lickova dalekohledu svítí úzkým paprskem asi 60 mil přes turbulentní zónu do horní atmosféry, kde laserové světlo stimuluje atomy sodíku, aby absorbovaly a znovu emitovaly světlo stejné barvy. Sodík pochází z mikrometeoritů, které se při vstupu do zemské atmosféry vypalují a odpařují.
Žlutá zářící skvrna vytvořená v atmosféře odpovídá 9. hvězdné velikosti - asi 40krát slabší, než vidí lidské oko. Přesto poskytuje stabilní zdroj světla stejně účinný jako jasná vzdálená hvězda.
"Toto světlo používáme k měření turbulence v atmosféře na našem dalekohledu stokrát za sekundu, a pak pomocí této informace vytvarujeme speciální flexibilní zrcadlo takovým způsobem, že když světlo, jak z laseru, tak z cíle, kterým jste při pohledu na to, odrazí se, jsou účinky turbulence odstraněny, “řekla Claire Maxová, profesorka astronomie a astrofyziky v UC Santa Cruz, zástupkyně ředitele Centra pro adaptivní optiku a výzkumná pracovnice v LLNL, která pracuje pro další než 10 let na vývoj laserového průvodce hvězdným systémem.
V jednom z prvních testů tohoto systému Graham a Perrin obrátili dalekohled na vzácné, mladé, hmotné hvězdy zvané Herbig Ae / Be hvězdy, které jsou fuzzy ze země a obvykle příliš slabé na to, aby byly zobrazeny přirozenou adaptivní optikou vodicích hvězd. Hvězdy Herbig Ae / Be s hmotností 1,5 až 10krát vyšší než Slunce a pravděpodobně mladší než 10 milionů let jsou považovány za začátky hmotných hvězd - hvězdy, které skončí jako horké hvězdy, hvězdy typu A, Sirius a Vega. Hvězdy Herbig Ae / Be byly katalogizovány před lety astronomem UC Santa Cruz George Herbigem, nyní na Havajské univerzitě.
Nejhmotnější hvězdy Herbig Ae / Be jsou velmi zajímavé, protože jsou to ty, které procházejí explozemi supernovy, které nasycují galaxii těžkými atomy, což umožňuje vytvoření pevných planet a dokonce i života. Spouští také tvorbu hvězd v blízkých mracích.
To, co viděli astronomové, bylo velmi podobné známému obrázku hvězd T Tauri, což jsou formativní fáze hvězd až o 50 procent větší než naše slunce a staré až 100 milionů let. Obrázky dvou hvězd Herbig Ae / Be jasně ukazují tmavou linii protínající každou hvězdu, způsobenou diskem blokujícím jasnou záři hvězdy a zářící sférickou halou prachu a plynu obklopujícího hvězdu a disk. V každé hvězdě se mohou z pólů akrečního disku objevit dvě trysky plynu a prachu.
Dvě hvězdy, katalogizované jako LkH (198 a LkH (233 (Lick vodík-alfa zdroje)), jsou vzdálené 2 000 a 3 400 světelných let ve vzdálené oblasti galaxie Mléčná dráha.
"Materiál z protostelárního mraku nemůže padnout přímo do kojenecké hvězdy, takže nejprve přistane v akrečním disku a pohybuje se pouze dovnitř, aby padl na hvězdu poté, co uvolnil svou úhlovou hybnost," vysvětlil Perrin. "Tento proces přenosu momentu hybnosti, spolu s vývojem magnetických polí, vede ke spuštění bipolárních odtoků." Tyto odtoky nakonec vyčistí obálku a zanechají novorozenou hvězdu obklopenou akrečním diskem. Během několika milionů let se zbytek materiálu na disku narůstá a zanechává za sebou pouze mladou hvězdu. “
Perrin dodal, že Hubbleův vesmírný dalekohled poskytl „velmi jasné, jednoznačné obrazy disků a odtoků kolem hvězd T Tauri,“ potvrzující teorie o vzniku hvězd, jako je naše slunce. Ale vzhledem k relativní vzácnosti hvězd Herbig Ae / Be takové jasné údaje o těchto hvězdách dosud chyběly, řekl.
Astronomové navrhli, že velmi velké hvězdy se vytvoří z kolize dvou nebo více hvězd, nebo v turbulentním oblaku na rozdíl od vířící akreční disk. Zajímavé je, že třetí hvězda, která se ve stejnou noc zobrazila Grahamem a Perrinem, se ukázala jako dvě hvězdy podobné slunci se stuhou plynu a prachu mezi nimi a vypadala podezřele jako jedna hvězda zachycující hmotu od druhé.
Graham doufá, že vyfotografuje mohutnější hvězdy Herbig Ae / Be, aby zjistil, zda se standardní model formování hvězd rozšiřuje na ještě větší hvězdy. Podrobné snímky hvězd Herbig Ae / Be dluží stejně novému laserovému průvodci hvězdných systémů, jako blízkému infračervenému zobrazovacímu polarimetru, který postavil Perrin a přidal k Berkeley Near Infrared Camera (IRCAL) již namontované na dalekohledu.
"Bez polarimetru světlo z hvězd z velké části zakrývá struktury kolem nich," řekl Perrin. „Polarimetr odděluje nepollarizované hvězdné světlo od polarizovaného rozptýleného světla od okolního prachu, což zvyšuje detekovatelnost tohoto prachu. Nyní, když jsme tuto techniku vyvinuli ve společnosti Lick, bude možné ji rozšířit i na 10metrové dalekohledy Keck, jakmile bude laserový systém vodicích hvězd uveden do provozu. “
Polarimetr rozděluje světlo z obrazu na jeho dvě polarizace pomocí nového typu dvojlomného krystalu vyrobeného z lithia, yttria a fluoru (LiYF4), což je zlepšení oproti dosud používaným krystalům kalcitu.
Mnoho dalších skupin vyvíjí lasery, které mají být použity jako vodicí hvězdy, ale Maxova skupina byla před svými konkurenty od doby, kdy poprvé představila tento koncept na začátku 90. let v Livermore. Od té doby spolu s kolegy zdokonalují laser a software, který umožňuje, aby se zrcadlo - v případě Lickova 120-palcového dalekohledu, 3-palcového sekundárního zrcátka uvnitř hlavního dalekohledu - ohnulo právě tak, aby se odstranil záblesk hvězdy.
11- až 12-wattový laser je laser na barvení sodíku naladěný na frekvenci, která vzrušuje studené atomy sodíku v atmosféře. Barevný laser je čerpán zeleným neodymovým YAG laserem, větším bratrem k snadno dostupným zeleným laserovým ukazovátkům Milliwatt.
"Důvodem, proč můžeme nyní dělat vědu s laserovým vodícím hvězdným systémem, je to, že jeho spolehlivost a použitelnost je tak vylepšena," řekl Graham. "Laser otevírá adaptivní optiku mnohem širší komunitě."
"Myslím, že to bude v Licku nástroj pro pracovní kůň," dodal Max. „Samotný laser a hardware přizpůsobivého optického systému jsou docela stabilní a dost robustní. Nyní se stane, že lidé s tím udělají astronomii, vyvinou nové techniky, které s ní budou pozorovat, zkusí to na nových typech objektů. Typickým způsobem přijde dobrý astronom a udělá s vaším nástrojem věci, které jste si nikdy nepředstavovali. “
Max a její kolegové testovali identický laserový průvodce hvězdným systémem na dalekohledech Keck na Havaji, ale ještě není připravena k běžnému použití, řekla.
"Keck používá stejnou technologii, jakou máme u Licka," řekl Max. "Očekávám, že se tato obecná technologie použije na většině dalekohledů, ale u různých druhů laserů." Lidé vymýšlejí nové typy laserů doprava a doleva, takže si myslím, že hra se musí usadit. “
Další autoři vědecké práce, kromě Grahama, Perrina, Maxe a Penningtona, jsou spojeni s Centrem pro adaptivní optiku Národní vědecké nadace se střediskem v UC Santa Cruz: pomocný výzkumný astronom Paul Kalas z UC Berkeley, James P. Lloyd z Kalifornský technologický institut, Donald T. Gavel z UC Santa Cruz v laboratoři pro adaptivní optiku a Elinor L. Gates z UC Observatories / Lick Observatory.
Pozorování a vývoj laserové vodicí hvězdy byly financovány Národní vědeckou nadací a Ministerstvem energetiky USA.
Původní zdroj: UC Berkeley News Release
