Pierwsze światło najnowocześniejszego urządzenia optyki adaptacyjnej

Teleskop Główny nr 4 (Yepun), wchodzący w skład teleskopu VLT, został przekształcony w pełni adaptacyjny teleskop.  Otrzymano niesamowicie ostre obrazy mgławic planetarnych i galaktyk. Połączenie AOF i MUSE tworzy jeden z najbardziej zaawansowanych i najpotężniejszych systemów technologicznych kiedykolwiek zbudowanych dla astronomii naziemnej.

Adaptive Optics Facility (AOF) to długoterminowy projekt ESO na teleskopie VLT, w celu dostarczenia systemu optyki adaptacyjnej dla instrumentów pracujących na Teleskopie Głównym nr 4 (UT4), z których pierwszym jest MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer). Optyka adaptacyjna działa aby niwelować zaburzający efekt od ziemskiej atmosfery, pozwalając MUSE na uzyskiwanie ostrzejszych obrazów. W efekcie uzyskuje się dwukrotnie lepszy kontrast niż było to możliwe wcześniej. MUSE może teraz badać jeszcze słabsze obiekty we Wszechświecie.

- Teraz, dzięki AOF, nawet jeśli warunki pogodowe nie są idealne, to astronomowie nadal mogą uzyskiwać obrazy o  świetnej jakości - wyjaśnił Harald Kuntschner, naukowiec z projektu AOF w ESO.

Po licznych testach nowego systemu, zespół astronomów i inżynierów został nagrodzony serią spektakularnych fotografii. Astronomowie byli w stanie obserwować mgławicę planetarną IC 4406 widoczną w gwiazdozbiorze Wilka oraz NGC 6369 w gwiazdozbiorze Wężownika. Obserwacje MUSE przy użyciu AOF odnotowały niezwykle duże polepszenie ostrości zdjęć, ukazując niewidoczne nigdy wcześniej struktury w IC 4006.

System AOF, dzięki któremu takie obserwacje były możliwe, składa się z wielu części pracujących razem. Należy do nich Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) oraz bardzo cienkie odkształcalne lustro wtórne teleskopu UT4. 4LGSF kieruje w niebo cztery promienie 22-watowego lasera, powodując świecenie atomów sodu w górnej atmosferze. W ten sposób powstaje świetlny punkt na niebie, który udaje gwiazdę. Czujniki modułu optyki adaptacyjnej GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) używają tej sztucznej gwiazdy porównania do określania warunków atmosferycznych.

Tysiąc razy na sekundę system AOF oblicza korekcje, które muszą zostać zastosowane do zmiany kształtu lustra wtórnego teleskopu, aby skompensować zaburzenia atmosferyczne. W szczególności GALACSI koryguje turbulencje w warstwie atmosfery do jednego kilometra nad teleskopem. W zależności od warunków, turbulencje atmosferyczne mogą zmieniać się wraz z wysokością, ale badania pokazały, że większość zachodzi w "warstwie przyziemnej" atmosfery.

- System AOF właściwie odpowiada wyniesieniu VLT o 900 metrów wyżej, nad większą część turbulentnej warstwy atmosfery. Dawniej, jeśli chcieliśmy uzyskać ostrzejsze obrazy, musieliśmy znaleźć lepsze miejsce od obserwacji albo użyć teleskopu kosmicznego, ale teraz, dzięki AOF, możemy wytwarzać dużo lepsze warunki obserwacyjne dokładnie tutaj, za ułamek kosztów - powiedział Robin Arsenault, kierownik projektu AOF.

Korekcje wnoszone przez AOF natychmiastowo i nieustannie poprawiają jakość obrazu przez koncentrowanie światła do wytwarzania ostrzejszych zdjęć, pozwalając MUSE na rozdzielenie dokładniejszych szczegółów i wykrycie słabszych gwiazd niż było to możliwe wcześniej. GALACSI dostarcza obecnie korekcji na szerokim polu widzenia, ale jest to tylko pierwszy krok w modernizacji optyki adaptacyjnej dla MUSE. Drugi tryb GALACSI jest w przygotowaniu i prawdopodobnie pierwsze światło uzyska na początku 2018 r. Tryb wąskiego pola będzie korygował turbulencje na dowolnej wysokości, pozwalając na obserwacje mniejszych pól widzenia z jeszcze lepszą rozdzielczością.

- Szesnaście lat temu, gdy zaproponowaliśmy budowę rewolucyjnego instrumentu MUSE, naszą wizją było połączenie go z innym bardzo zaawansowanym systemem - AOF. Potencjał odkryć MUSE, już olbrzymi, został teraz jeszcze zwiększony. Nasze marzenia stały się rzeczywistością - dodał Roland Bacon, kierownik projektu MUSE.

Jednym z głównych celów naukowych systemu są obserwacje słabych obiektów w odległym wszechświecie, z najlepszą możliwą jakością obrazów, co wymaga wielu godzin ekspozycji. Joël Vernet, naukowiec z projektów MUSE i GALACSI, skomentował:

- Jesteśmy zainteresowani w szczególności obserwowaniem najmniejszych, najsłabszych galaktyk w dużych odległościach. Są to galaktyki w trakcie powstawania - ciągle w swoim dziecięcym wieku - obiekty kluczowe do zrozumienia w jaki sposób formują się galaktyki.

Co więcej, MUSE nie jest jedynym instrumentem, który skorzysta na AOF. Niedługo działanie rozpocznie inny system optyki adaptacyjnej, zwany GRAAL, we współpracy z istniejącym już instrumentem podczerwonym HAWK-I, wyostrzając nasz widok na wszechświat. Później dojdzie do tego nowy potężny instrument ERIS.