Tín dụng hình ảnh: UC Berkeley
Đại học California, Berkeley, các nhà thiên văn học đã tận dụng hệ thống sao dẫn đường bằng laser được gắn gần đây tại Đài thiên văn UC Lick để thu được hình ảnh sắc nét, không có ánh sáng của các đĩa bụi mờ của các ngôi sao lớn ở xa. Các hình ảnh cho thấy rõ ràng rằng các ngôi sao lớn gấp hai đến ba lần so với mặt trời giống như các ngôi sao kiểu mặt trời - bên trong một đám mây hình cầu xoáy sụp xuống một đĩa, giống như từ đó mặt trời và các hành tinh của nó xuất hiện.
Chùm tia laser màu vàng xuyên qua thiên đàng trên Đài quan sát Lick đã hoạt động trên kính viễn vọng Shane 10 feet vào năm ngoái, mở rộng sử dụng hệ thống kính viễn vọng gương cao su trộm, gọi là quang học thích nghi, cho toàn bộ bầu trời đêm. Việc bổ sung tia laser khiến Lick trở thành đài quan sát duy nhất cung cấp một ngôi sao dẫn đường bằng laser để sử dụng thường xuyên.
Nhóm UC Berkeley và các đồng nghiệp của ông tại Trung tâm Quang học thích ứng UC Santa Cruz và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) báo cáo kết quả của họ trong số ra ngày 27 tháng 2 của tạp chí Science.
Một mô hình cho các ngôi sao như mặt trời của chúng ta là sự sụp đổ lực hấp dẫn của một đám mây đối với một protostar và một đĩa bồi tụ giống như bánh kếp, nhưng có một khối lượng mà điều này không thể hoạt động - độ sáng của ngôi sao trở nên đủ để phá vỡ đĩa và James R. Graham, giáo sư thiên văn học tại UC Berkeley cho biết, nó sụp đổ nhanh như nhau. Dữ liệu của chúng tôi cho thấy mô hình mô hình chuẩn vẫn hoạt động cho các ngôi sao lớn gấp hai đến ba lần so với mặt trời.
Không có quang học thích nghi, chúng tôi chỉ nhìn thấy một đốm mờ lớn từ mặt đất và không thể phát hiện bất kỳ cấu trúc tốt nào xung quanh các nguồn, Marshall D. Perrin, sinh viên tốt nghiệp UC Berkeley nói thêm. Quan sát của chúng tôi cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho một quan điểm mới nổi rằng các ngôi sao có khối lượng trung bình và thấp hình thành theo cách tương tự.
Một hệ thống quang học thích nghi, loại bỏ các hiệu ứng làm mờ của nhiễu loạn khí quyển, đã được thêm vào kính thiên văn Lick's Shane vào năm 1996. Tuy nhiên, giống như tất cả các kính viễn vọng khác có quang học thích nghi ngày nay, bao gồm cả Kính viễn vọng Keck đôi 10 mét ở Hawaii, kính thiên văn Lick đôi đã có dựa vào các ngôi sao sáng trong trường nhìn để cung cấp tham chiếu cần thiết để xóa mờ. Chỉ có khoảng một đến 10 phần trăm các vật thể trên bầu trời đủ gần một ngôi sao sáng để hệ thống sao hướng dẫn tự nhiên có thể hoạt động như vậy.
Laser nhuộm natri, được phát triển bởi các nhà khoa học laser ace Deanna M. Pennington và Herbert Friedman của LLNL, cuối cùng đã hoàn thành hệ thống quang học thích nghi để các nhà thiên văn học có thể sử dụng nó để xem bất kỳ phần nào của bầu trời, cho dù có một ngôi sao sáng nào đó ở gần hay không.
Strapped cho khoan của kính thiên văn Lick, laser tỏa sáng một chùm hẹp khoảng 60 dặm qua vùng hỗn loạn vào khí quyển phía trên, nơi Kích thích tia laser ánh sáng natri nguyên tử hấp thụ ánh sáng và phát lại cùng màu. Natri đến từ các thiên thạch micromet phát ra và bốc hơi khi chúng đi vào bầu khí quyển Trái đất.
Điểm phát sáng màu vàng được tạo ra trong bầu khí quyển tương đương với một ngôi sao cường độ thứ 9 - mờ hơn khoảng 40 lần so với mắt người có thể nhìn thấy. Tuy nhiên, nó cung cấp một nguồn sáng ổn định có hiệu quả tương đương với một ngôi sao sáng ở xa.
Chúng tôi sử dụng ánh sáng đó để đo sự nhiễu loạn trong bầu khí quyển qua kính viễn vọng của chúng tôi hàng trăm lần mỗi giây và sau đó sử dụng thông tin đó để định hình một chiếc gương linh hoạt đặc biệt theo cách mà khi ánh sáng, cả từ tia laser và mục tiêu của bạn Nhìn vào, bật ra, những ảnh hưởng của nhiễu loạn đã bị loại bỏ, ông Claire Max, giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại UC Santa Cruz, phó giám đốc Trung tâm Quang học Thích nghi và là nhà nghiên cứu tại LLNL, người đã làm việc cho nhiều hơn Hơn 10 năm để phát triển một hệ thống sao dẫn đường bằng laser.
Trong một trong những thử nghiệm đầu tiên của hệ thống này, Graham và Perrin đã biến kính viễn vọng thành những ngôi sao khổng lồ, trẻ, hiếm có tên Herbig Ae / Be, những ngôi sao mờ từ mặt đất và thường quá mờ để được chụp bằng quang học thích nghi của ngôi sao dẫn đường tự nhiên. Các ngôi sao Herbig Ae / Be, có khối lượng gấp từ 1,5 đến 10 lần so với mặt trời và có lẽ dưới 10 triệu năm tuổi, được cho là sự khởi đầu của những ngôi sao khổng lồ - những ngôi sao sẽ có hình dạng giống như ngôi sao nóng bỏng, loại A Sirius và Sao Chức Nữ. Các ngôi sao Herbig Ae / Be đã được xếp vào danh mục nhiều năm trước bởi nhà thiên văn học George Santa Cruz, George Herbig, hiện thuộc Đại học Hawaii.
Những ngôi sao Herbig Ae / Be khổng lồ nhất được quan tâm rất nhiều bởi vì chúng là những ngôi sao trải qua các vụ nổ siêu tân tinh gieo mầm thiên hà bằng các nguyên tử nặng, tạo ra các hành tinh rắn và thậm chí là sự sống. Chúng cũng kích hoạt sự hình thành sao trong các đám mây gần đó.
Những gì các nhà thiên văn nhìn thấy rất giống với bức tranh về các ngôi sao T Tauri đã biết, đó là các giai đoạn hình thành của các ngôi sao lớn hơn tới 50% so với mặt trời của chúng ta và tới 100 triệu năm tuổi. Hình ảnh của hai ngôi sao Herbig Ae / Be cho thấy rõ ràng một đường tối chia đôi mỗi ngôi sao, gây ra bởi một đĩa chặn ánh sáng chói của ngôi sao, và một quầng sáng hình cầu của bụi và khí bao phủ ngôi sao và đĩa. Trong mỗi ngôi sao, hai tia khí và bụi dường như xuất hiện từ các cực của đĩa bồi tụ.
Hai ngôi sao, được phân loại là LkH (198 và LkH (233 (Lick hydro-alpha), cách nhau 2.000 và 3.400 năm ánh sáng, ở một khu vực xa xôi của thiên hà Milky Way.
Vật liệu từ đám mây protostellar không thể rơi trực tiếp vào ngôi sao trẻ sơ sinh, do đó, nó lần đầu tiên rơi vào một đĩa bồi tụ và chỉ di chuyển vào bên trong để rơi xuống ngôi sao sau khi nó rơi ra động lượng góc của nó, Perrin giải thích. Đây là quá trình chuyển động xung góc, cùng với sự phát triển của từ trường, dẫn đến sự ra mắt của dòng chảy lưỡng cực. Những dòng chảy này cuối cùng sẽ xóa đi phong bì, để lại một ngôi sao mới sinh được bao quanh bởi một đĩa bồi tụ. Trải qua vài triệu năm, phần còn lại của vật liệu trong đĩa được bồi đắp, chỉ để lại ngôi sao trẻ phía sau.
Perrin nói thêm rằng Kính viễn vọng Không gian Hubble đã cung cấp cho những hình ảnh rất rõ ràng, rõ ràng của các đĩa và dòng chảy xung quanh các ngôi sao T Tauri, xác nhận các lý thuyết về sự hình thành của các ngôi sao như mặt trời của chúng ta. Nhưng, do sự hiếm có tương đối của các ngôi sao Herbig Ae / Be, dữ liệu rõ ràng như vậy cho những ngôi sao đó đã bị thiếu cho đến bây giờ, ông nói.
Các nhà thiên văn học đã đề xuất rằng các ngôi sao rất lớn hình thành từ sự va chạm của hai hoặc nhiều ngôi sao hoặc trong một đám mây hỗn loạn không giống như đĩa bồi tụ xoáy. Thật thú vị, một ngôi sao thứ ba được chụp cùng một đêm bởi Graham và Perrin hóa ra là hai ngôi sao giống như mặt trời với một dải khí và bụi giữa chúng, trông giống như một ngôi sao đang nghi ngờ vật chất kia.
Graham hy vọng sẽ chụp ảnh các ngôi sao Herbig Ae / Be lớn hơn để xem liệu mô hình hình thành sao tiêu chuẩn có mở rộng đến các ngôi sao lớn hơn hay không. Các hình ảnh chi tiết của các ngôi sao Herbig Ae / Be nợ nhiều như hệ thống sao dẫn hướng laser mới cũng như một máy đo phân cực hình ảnh cận hồng ngoại do Perrin chế tạo và được thêm vào Camera hồng ngoại gần Berkeley (IRCAL) được gắn trên kính viễn vọng.
Không có máy đo phân cực, ánh sáng từ các ngôi sao che khuất phần lớn các cấu trúc xung quanh chúng, ông Perrin nói. Máy đo phân cực phân tách ánh sáng sao không phân cực với ánh sáng tán xạ phân cực từ bụi hoàn cảnh, làm tăng khả năng phát hiện của bụi đó. Bây giờ chúng tôi đã phát triển kỹ thuật này tại Lick, có thể mở rộng nó tới các kính viễn vọng Keck dài 10 mét khi hệ thống sao dẫn đường bằng laser ở đó hoạt động.
Phân cực kế phân tách ánh sáng từ hình ảnh thành hai phân cực của nó bằng cách sử dụng một loại tinh thể lưỡng chiết mới làm từ lithium, yttri và flo (LiYF4), một cải tiến so với các tinh thể canxit được sử dụng cho đến nay.
Nhiều nhóm khác đang phát triển laser để được sử dụng như những ngôi sao dẫn đường, nhưng nhóm Max Max đã đi trước các đối thủ cạnh tranh kể từ lần đầu tiên trình diễn khái niệm này vào đầu những năm 1990 tại Livermore. Kể từ đó, cô và các đồng nghiệp đã hoàn thiện tia laser và phần mềm cho phép sử dụng gương - trong trường hợp kính viễn vọng 120 inch của Lick, gương phụ 3 inch bên trong kính viễn vọng chính - được uốn cong vừa phải để loại bỏ ánh sáng lấp lánh sao.
Laser 11 đến 12 watt là laser nhuộm natri được điều chỉnh theo tần số sẽ kích thích các nguyên tử natri lạnh trong khí quyển. Laser nhuộm được bơm bởi laser YAG neodymium màu xanh lá cây, một người anh em lớn hơn với các con trỏ laser milliwatt màu xanh lá cây có sẵn.
Lý do bây giờ chúng ta có thể làm khoa học với hệ thống sao dẫn đường bằng laser là độ tin cậy và khả năng sử dụng của nó được cải thiện rất nhiều, ông Graham Graham nói. Tia laser mở ra quang học thích ứng cho một cộng đồng lớn hơn nhiều.
Tôi nghĩ rằng nó sẽ là một công cụ phù hợp tại Lick, đã thêm Max. Bản thân laser và phần cứng hệ thống quang học thích ứng là khá ổn định và khá mạnh mẽ. Điều mà sắp xảy ra bây giờ là mọi người sẽ thực hiện thiên văn học với nó, họ sẽ phát triển các kỹ thuật mới để quan sát với nó, thử nó trên các loại đối tượng mới. Theo cách điển hình, một nhà thiên văn học giỏi sẽ đến và làm mọi việc với công cụ của bạn mà bạn không bao giờ tưởng tượng được.
Max và các đồng nghiệp của cô đã thử nghiệm một hệ thống sao dẫn hướng laser giống hệt nhau tại Kính thiên văn Keck ở Hawaii, nhưng nó chưa sẵn sàng để sử dụng thường xuyên, cô nói.
Lọ Keck đang sử dụng công nghệ tương tự mà chúng tôi có tại Lick, leo Max nói. Tôi hy vọng sẽ thấy công nghệ chung này được sử dụng trên hầu hết các kính thiên văn, nhưng với các loại laser khác nhau. Mọi người đang phát minh ra các loại laser mới phải và trái, vì vậy tôi nghĩ rằng trò chơi vẫn còn để giải quyết.
Các tác giả khác của bài báo Khoa học, ngoài Graham, Perrin, Max và Pennington, liên kết với Trung tâm Quang học Thích ứng của Quỹ Khoa học Quốc gia, tập trung tại UC Santa Cruz: trợ lý nhà nghiên cứu thiên văn Paul Kalas của UC Berkeley, James P. Lloyd của Viện Công nghệ California, Donald T. Gavel thuộc Phòng thí nghiệm Quang học Thích ứng của UC Santa Cruz và Elinor L. Gates của Đài quan sát UC / Đài quan sát Lick.
Các quan sát và phát triển của ngôi sao dẫn đường bằng laser được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Nguồn gốc: UC Berkeley Tin tức phát hành
