2009.12.10. - Technikai áttörés a csillagászati képalkotásban

Az ESO VLT távcsőrendszerén alkalmazott új adaptív optikai eljárás több műcsillag használatával az eddigi módszerekkel összevetve jóval nagyobb égboltterületet tud közel torzításmentesen leképezni.

A Carina (Hajógerinc) csillagképben megfigyelhető azonos nevű köd - amellett, hogy benne található a Tejútrendszer egyik legnagyobb tömegű és legszeszélyesebb csillaga, az η Carinae - több nagytömegű, fiatal csillaghalmaznak is otthont ad. Ezek közül a legfiatalabb a Trumpler 14 katalógusjelű, melynek kora nem egészen 1 millió év, ami csak egy szempillantás az Univerzum sokmilliárd éves történetében. A hatalmas nyílthalmaz távolsága mintegy nyolc ezer fényév.

Egy kutatócsoport Hugues Sana (European Southern Observatory, ESO) vezetésével a halmaz centrális részéről készített felvételeket az ESO VLT távcsőegyüttesének új adaptív optikás rendszerével, a MAD-del (Multi-conjugate Adaptive optics Demonstrator). Az adaptív optika nyújtotta lehetőségeknek köszönhetően a rögzített felvételek szinte teljesen mentesek voltak a földi légkör torzító hatásától, így a kutatók rendkívül éles képeket nyerhettek a vizsgált halmazterületről. Ilyen leképezésjavító rendszereket természetesen az összes, utóbbi egy-két évtizedben munkába állított nagy teleszkópon alkalmaznak, így volt ez a VLT távcsövek esetében is. A MAD velük szemben abban nyújt - jelentős - előrelépést, hogy az eddigiekhez képest jóval nagyobb területen tudja a leképezési korrekciót végrehajtani, kristálytiszta képet szolgáltatva a vizsgált régióról.

A Carina-köd. A Trumpler 14 nyílthalmazt vörös kör jelzi.
[ESO]

A földfelszínről az optikai hullámhossz-tartományban végzett csillagászati megfigyelések legfőbb zavaró tényezője a légkör turbulens celláinak hatása. Emiatt az atmoszféra felső határához sík hullámfrontként érkező fény a légkörön áthaladva torzul, ami abban nyilvánul meg, hogy a vizsgált csillag képe ugrál, minden pillanatban egy picit más irányból látszik, mint előzőleg: a távcsőoptika a csillagot végül is egy korongba képezi le. Ennek a korongnak az átmérője jellemzi a légkör állapotát, minél kisebb, annál jobb. Jó asztroklímájú észlelőhelyeken, mint például a VLT teleszkópoknak is helyet adó Atacama-sivatag, értéke lemehet 0,4 ívmásodperce is, míg rosszabb időjárású területeken - ilyen például hazánk nagy része, de szinte egész Európa is - akár 2 ívmásodpercet is elérhet. Általában igaz azonban az, hogy a légkör hatása miatt a földfelszínen nem érhető el a távcsövek felbontóképességének elméleti határa.

A helyzet javítására olyan eljárásokat alkalmaznak, melyekben számítógépek által vezérelt motorok mozgatta tüskékkel állandóan deformálják a optikai rendszer egyes elemeit, hogy a leképezés mindig idomuljon a távcső feletti légkör aktuális állapotához. A folyamat rendkívül gyors, a deformációk másodpercenként több százszor is bekövetkezhetnek. A deformáció mértékének meghatározásához szükséges információt egy speciális kamera (hullámfront szenzor) csatolja vissza, amivel egy referenciapontot figyelnek a tanulmányozott objektum közelében. Mivel ott általában nincs ehhez elegendően fényes csillag, ezért mesterségesen hoznak létre egyet. Például a nátrium egyik D vonalában sugárzó lézerrel. A teleszkóp optikai tengelyével párhuzamosan egy lézersugarat bocsátanak felfelé, ami körülbelül 90 kilométer magasságban a mezoszféra egy vékony rétegének nátriumatomjait gerjeszti, melyek a gerjesztéskor szerzett energiát gyorsan ki is sugározzák, így az adott magasságban egy mesterséges, gyakorlatilag pontszerű fényforrás keletkezik. Ez a forrás használható aztán a képminőség folyamatos ellenőrzésére.

A jelenleg alkalmazott adaptív optikai rendszerek azonban a korrekciót csak az optikai tengely egy szűk környezetében, tipikusan 15 ívmásodperces területen belül tudják végrehajtani, a referenciacsillagtól távolodva a leképezés minősége gyorsan romlik. A MAD rendszerben ezért nem egy, hanem akár három műcsillagot is használhatnak a légköri turbulencia hatásának korrigálásához, így a MAD más adaptív optikai rendszerekhez képest harmincszor nagyobb területen tud kiváló leképezést biztosítani. A MAD-ben használt technológia fontos szerepet fog játszani a következő generációs európai óriástávcső, az E-ELT (European Extremely Large Telescope) sikerében is.

A Trumpler 14 nyílthalmaznak a MAD rendszer segítségével K és H szűrőkön keresztül készített felvételekből összeállított képe. A látómező átmérője körülbelül 2 ívperc.
[ESO/H. Sana]

A MAD segítségével készített felvételek kiváló minőségének köszönhetően a kutatók részletes portrét tudtak rajzolni a Carina-köd vizsgált részéről. Kiderült, hogy a Trumpler 14 nem csak a legfiatalabb - az új eredmények alapján ráadásul csak alig félmillió éves -, hanem az egyik legnépesebb halmaz is a ködben. A képeken mintegy kétezer csillagot számoltak össze, ezek tömege a Napénak egytizedétől a néhányszor tíz naptömegig terjed. S a terület átmérője mindössze hat fényév körüli, ami alig másfélszerese a Nap és legközelebbi csillagszomszédja távolságának!

A felvételeken a legszembetűnőbb objektum a HD93129A, a Tejútrendszer egyik legfényesebb csillaga. Becsült tömege a Napénak nyolcvanszorosa, luminozitása pedig 2,5 milliószorosan haladja meg központi égitestünkét. Ráadásul kettős, s kísérője is nagytömegű, fényes csillag. Az elméletek szerint a nagytömegű csillagok nagyobb valószínűséggel keletkeznek párban, mint a kisebbek, s általában a másodkomponens is nagytömegű.

A Trumpler 14 halmaz többi objektuma is figyelemre méltó. Sok forró, kékes-fehér, nagytömegű csillag található benne, melyek ultraibolya sugárzása és intenzív csillagszele jelentős hatást gyakorol a környező porra és gázra. A Trumpler 14 nagytömegű csillagaihoz hasonló objektumok nagyon gyorsan elégetik a rendelkezésükre álló hidrogént, ezért mindössze néhány millió év múltán gigantikus robbanásban szupernóvaként fejezik be életüket. A látómezőben megfigyelhető vörös csillagok nem tartoznak a halmazhoz, csak abban az irányban látszanak, mögötte helyezkednek el. Vörös színüket annak köszönhetik, hogy sugárzásuk kék összetevője jórészt elnyelődik, illetve szóródik a halmaz por- és gáztartalmán.

Forrás:

• ESO 47/09 - Photo Release