211service.com
Telescopen Zie verder
Astronomen hebben het verste, oudste sterrenstelsel gespot dat ze ooit hebben gezien, met behulp van optische trucs, zowel door de hemel als door de mens gemaakt. Hoewel de observatie van het sterrenstelsel zoals het slechts twee miljard jaar na de oerknal bestond op zich al wetenschappelijk significant is, dient het ook als een vroege blik op wat komen gaat als astronomen een geavanceerde techniek gebruiken, adaptieve optica genaamd, om veel dieper in te kijken. de nachthemel.
Spiegel spiegel: In de Keck II-telescoop verzamelt een 10 meter brede spiegel (onder) het sterlicht en weerkaatst dit naar een kleinere secundaire spiegel (boven), die het op zijn beurt naar andere instrumenten stuurt, waaronder het adaptieve opticasysteem.
Het team van astronomen, van Caltech en Durham University, in Engeland, maakte hun bevindingen vorige week bekend in het tijdschrift Nature. Met behulp van de Keck-telescoop op Hawaï onderzochten ze een sterrenstelsel op 11 miljard lichtjaar van de aarde. Voorheen konden astronomen niet verder dan zeven of acht miljard lichtjaar kijken. Omdat kijken over astronomische afstanden het equivalent is van terugkijken in de tijd, brengt de waarneming astronomen veel dichter bij de geboorte van het heelal, ongeveer 13 miljard jaar geleden.
Om een sterrenstelsel op zo'n grote afstand te zien, gebruikten de astronomen twee optische trucs. Een daarvan is een natuurlijk voorkomend fenomeen, een kosmische lens genaamd, die gebruikmaakt van het vermogen van de zwaartekracht om licht te buigen. Een melkwegstelsel dat precies is uitgelijnd tussen de astronomen en het object waarnaar ze willen kijken, zal het licht van het object om zich heen buigen en het opnieuw richten op de astronomen. Dat geeft ze een beeld dat ongeveer acht keer scherper is dan wanneer ze hadden geprobeerd alleen naar het verre object te kijken.
Maar wanneer het object een melkwegstelsel is dat slechts een paar duizend lichtjaar in doorsnede is (in tegenstelling tot de 100.000 lichtjaar diameter van de Melkweg) en 11 miljard lichtjaar verwijderd is, levert acht keer de scherpte nog steeds weinig meer op dan een punt van licht. Astronomen gebruiken adaptieve optica om het beeld duidelijk genoeg te maken om nuttige informatie te krijgen.
multimedia
Bekijk een video over adaptieve optica en bekijk een animatie van de Thirty Meter Observatory.
Licht kan worden gezien als een golf, met een reeks golffronten die door de ruimte bewegen, net zoals de fronten van oceaangolven die aan wal rollen. Gewoonlijk is de voorkant van een lichtgolf plat. Maar als het door de turbulente atmosfeer van de aarde gaat, wordt het vervormd - meer als ongelijk golfkarton. Deze turbulentie zorgt ervoor dat sterren fonkelen en vermindert de resolutie van een telescoop. De Keck gebruikt dus een adaptief optisch systeem dat die turbulentie meet en corrigeert.
Om de meting uit te voeren, vuurt een laser op de grond een lichtstraal de lucht in, waar hij een dunne laag natrium raakt die is afgezet door meteoren die opbranden in de atmosfeer, ongeveer 90 kilometer hoger. Het natrium reflecteert het laserlicht naar de hoofdspiegel van de telescoop, die het naar een reeks golffrontsensoren leidt die meten hoeveel de atmosfeer de lichtgolf heeft vervormd. Op basis van deze metingen zorgt een computer ervoor dat een reeks actuatorarmen op een reeks kleine, vervormbare spiegels duwen en trekken. De actuatoren buigen de spiegels ongeveer een micrometer (ongeveer een honderdste van de dikte van een mensenhaar) vele malen per seconde, waardoor de turbulentie van de atmosfeer wordt geëlimineerd. Het gecorrigeerde golffront wordt vervolgens geregistreerd door een camera. Caltech-astronoom Richard Ellis zegt dat het resultaat een beeld is van hogere kwaliteit dan astronomen krijgen met de Hubble-ruimtetelescoop, die geen last heeft van atmosferische vervorming.
Met grote ogen: Een artistieke weergave toont de voorgestelde Thirty-Meter Telescope-spiegel in de koepel van het observatorium.
De wetenschappers ontdekten dat het verre sterrenstelsel ronddraaide, net zoals sterrenstelsels tegenwoordig draaien, maar dat het nog niet de spiraalarmen had gevormd die ons eigen Melkwegstelsel vertoont. Voor Ellis, die probeert te begrijpen hoe het universum is geëvolueerd en een van de auteurs van het artikel is, is de observatie significant. Het vertelt ons dat het universum echt redelijk georganiseerd was toen het slechts 10 tot 15 procent van zijn huidige leeftijd was, zegt hij.
Hoewel het concept van adaptieve optica al tientallen jaren bestaat, is het pas in de afgelopen paar jaar geavanceerd genoeg en gemakkelijk genoeg om te gebruiken om een routinematig onderdeel van de astronomie te worden. Het systeem werd in 2004 op de Keck II-telescoop geïnstalleerd en het was de eerste voor zo'n grote telescoop. Sindsdien is het gebruikt om astronomische objecten duidelijker te zien, maar niet zo ver weg als het sterrenstelsel dat we vorige week hebben gezien. Het adaptieve opticasysteem van de Keck II verbleekt echter in vergelijking met wat is gepland voor de nieuwe Thirty-Meter Telescope (TMT), een Amerikaans-Canadees team dat bestaat uit Caltech, de University of California en de Association of Canadian Universities for Research in Astronomy zal de komende tien jaar worden gebouwd. Volgend jaar wordt een beslissing verwacht over de plaatsing op Mauna Kea, op Hawaï, waar de Keck is, of in Chili.
De TMT zal negen keer het lichtverzamelende gebied hebben van de Keck II, waarvan de primaire spiegel 10 meter breed is. En volgens Brent Ellerbroek, de groepsleider van adaptieve optica voor de TMT, zal het optische systeem van de nieuwe telescoop veel geavanceerder zijn. Het zal ongeveer zes lasers gebruiken om atmosferische turbulentie te meten. Terwijl een enkele laser turbulentie meet op slechts één kleine plek in de gezichtslijn van de telescoop, kan een reeks lasers een driedimensionaal beeld geven van vervormingen over een groter gebied en op verschillende hoogten in de atmosfeer. De golffrontsensoren zullen ook kleinere openingen hebben om nauwkeurigere metingen te doen, en er zullen duizenden actuatoren zijn, van honderden in de Keck, om het grotere aantal spiegels te besturen. Al dat meten en bewegen vormt een rekenuitdaging. We moeten complexere algoritmen gebruiken, zegt Ellerbroek.
Het is een grote technische uitdaging, zegt Scott Uebelhart, een postdoctoraal medewerker die ruimtebeleid bestudeert in het MIT-programma in wetenschap, technologie en samenleving. Maar hij denkt dat de inspanning de moeite waard is. TMT maakt vrijwel al het andere te schande, zegt Uebelhart.
Met het geavanceerde systeem in de TMT, zegt Ellis, hoeven astronomen geen geluk te hebben en een kosmische lens te vinden om ver weg te kunnen zien. Hoe dicht ze bij de geboorte van het universum zullen komen, is een vraag die nog moet worden beantwoord, zegt hij. We staan bijna aan het begin.