IC 4406 y NGC 6369, nebulosas planetarias por MUSE.

Primera luz de un sistema de óptica adaptativa de vanguardia.
IC 4406. Créditos: ESO/J. Richard (CRAL).

La unidad de telescopio 4 (Yepun) del telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO se ha transformado en un telescopio completamente adaptativo. Después de más de una década de planificación, construcción y pruebas, la nueva instalación de óptica adaptativa AOF (de Adaptic Optics Facility) ha visto su primera luz con el instrumento MUSE, captando imágenes increíblemente precisas de galaxias y nebulosas planetarias. El acoplamiento de AOF y MUSE forma uno de los sistemas tecnológicos más avanzados y potentes jamás construidos para la astronomía terrestre.

UT4 y el sistema AOF en acción.
La instalación de óptica adaptativa (AOF) es un proyecto a largo plazo del VLT (Very Large Telescope) de ESO para proporcionar un sistema de óptica adaptativa a los instrumentos de la Unidad de Telescopio 4 (UT4), siendo el primero de ellos MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer, explorador espectroscópico multiunidad) [1]. La óptica adaptativa compensa el efecto de emborronamiento provocado por la atmósfera terrestre, permitiendo a MUSE obtener imágenes mucho más nítidas y dando como resultado dos veces el contraste alcanzado previamente. Ahora MUSE puede estudiar objetos del universo incluso más débiles.

"Ahora, incluso cuando las condiciones meteorológicos no son las óptimas, los astrónomos pueden seguir obteniendo una excelente calidad de imagen gracias al sistema de óptica adaptativa AOF," explica Harald Kuntschner, Científico del Proyecto AOF en ESO.

Tras una batería de pruebas con el nuevo sistema, el equipo de astrónomos e ingenieros fue recompensado con una serie de imágenes espectaculares. Los astrónomos fueron capaces de observar las nebulosas planetarias IC 4406, situada en la constelación de Lupus (el lobo) y NGC 6369, situada en la constelación de Ofiuco (el portador de la serpiente). Las observaciones de MUSE con el sistema de óptica adaptativa AOF dieron como resultado impresionantes mejoras en la nitidez de las imágenes, revelando estructuras en forma de capas nunca antes vistas en IC 4406 [2].

NGC 6369 conocida como la nebulosa del Pequeño Fantasma es una nebulosa planetaria situada en la constelación Ofiuco. La nebulosa es relativamente débil, con una magnitud aparente de 12,9 y el claro detalle de esta imagen muestra el poder del instrumento MUSE equipado con el sistema AOF instalado en el VLT. La estrella enana blanca es claramente visible en el centro del gas nebular que se expande hacía afuera en forma de anillo. Créditos: ESO/P.Weilbacher (AIP).

El sistema de óptica adaptativa AOF que hizo posibles estas observaciones se compone de muchas partes que trabajan juntas. Incluye las instalaciones 4LGSF (Four Laser Guide Star Facility, sistema de cuatro estrellas de guiado láser) y el espejo secundario deformable muy fino de UT4 [3] [4]. El 4LGSF emite al cielo cuatro rayos láser de 22 vatios para hacer que brillen los átomos de sodio de las capas superiores de la atmósfera, produciendo manchas de luz en el cielo que imitan a estrellas. Los sensores del módulo GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging, corrector adaptativo de capa atmosférica desde tierra para imagen espectroscópica) utilizan estas estrellas artificiales para determinar las condiciones atmosféricas.

Mil veces por segundo, el sistema AOF calcula la corrección que debe aplicarse para cambiar la forma del espejo secundario deformable del telescopio con el fin de compensar las perturbaciones atmosféricas. En particular, GALACSI corrige la turbulencia en la capa de la atmósfera de hasta un kilómetro por encima del telescopio. Dependiendo de las condiciones, la turbulencia atmosférica puede variar con la altitud, pero los estudios han demostrado que la mayoría de las perturbaciones atmosféricas se producen en esta "capa terrestre" de la atmósfera.

El sistema AOF+MUSE en acción.
"El sistema AOF es esencialmente equivalente a elevar el VLT unos 900 metros, por encima de la capa más turbulenta de la atmósfera", explica Robin Arsenault, Gestor del Proyecto AOF. "Antes, si queríamos imágenes más nítidas, habríamos tenido que encontrar un sitio mejor o usar un telescopio espacial, pero ahora, con el sistema AOF, podemos crear condiciones mucho mejores sin movernos del sitio y por una pequeña parte de lo que costarían las otras opciones".

Las correcciones aplicadas por el sistema AOF mejoran de forma rápida y continua la calidad de imagen al concentrar la luz para formar imágenes más nítidas, permitiendo a MUSE resolver los detalles más finos y detectar estrellas más tenues, algo que antes no podía hacer. Actualmente GALACSI proporciona corrección sobre un amplio campo de visión, pero este es sólo el primer paso para traer la óptica adaptativa a MUSE. Se está preparando un segundo modo de GALACSI y se espera que vea su primera luz a principios de 2018. Este modo de campo estrecho corregirá la turbulencia a cualquier altitud, permitiendo observaciones de pequeños campos de visión con mayor resolución.

"Hace 16 años, cuando propusimos construir el revolucionario instrumento MUSE, nuestra idea era acoplarlo con otro sistema altamente avanzado: AOF", afirma Roland Bacon, líder del proyecto MUSE. "El potencial de MUSE de hacer descubrimientos, ya amplio de por sí, se ha mejorado aún más. Nuestro sueño se está convirtiendo en realidad".

Uno de los principales objetivos científicos del sistema es observar objetos débiles en el universo distante con la mejor calidad de imagen posible, lo que requiere de exposiciones de muchas horas. Joël Vernet, científico de los proyectos ESO MUSE y  GALACSI, comenta: "En particular nos interesa observar las galaxias más pequeñas y débiles a las mayores distancias. Son galaxias en formación, aún en su infancia, y son clave para comprender cómo se forman las galaxias".

Los potentes láseres del sistema AOF.
Además, MUSE no es el único instrumento que se beneficiará del sistema AOF. En un futuro próximo, otro sistema de óptica adaptativa llamado GRAAL se pondrá en marcha en el instrumento infrarrojo HAWK-I (ya en funcionamiento) afinando su visión del universo. Le seguirá más tarde el nuevo y potente instrumento ERIS.

"ESO está impulsando el desarrollo de estos sistemas de óptica adaptativa y AOF es también un pionero para el ELT (Extremely Large Telescope) de ESO", agregó Arsenault. "Trabajar en el sistema AOF nos ha proporcionado (a científicos, ingenieros e industria por igual) una valiosa experiencia y conocimientos que ahora usaremos para superar los retos de la construcción del ELT".



Notas.
[1] MUSE es un espectrógrafo de campo integral, un poderoso instrumento que produce un conjunto de datos 3D de un objeto seleccionado, donde cada píxel de la imagen corresponde a un espectro de la luz del objeto. Esencialmente esto significa que el instrumento crea miles de imágenes del objeto al mismo tiempo, cada uno en una longitud de onda distinta de la luz, captando una gran cantidad de información.

[2] IC 4406 ha sido previamente observado con el VLT.

[3] Con poco más de un metro de diámetro, es el espejo de óptica adaptativa más grande que se ha construido y ha necesitado de tecnología punta. Se montó en UT4 en 2016 para reemplazar al espejo secundario convencional original del telescopio.

[4] Ya se han desarrollado otras herramientas para optimizar el funcionamiento del sistema AOF que ya están en funcionamiento. Se trata de una extensión del software “Astronomical Site Monitor “ que monitoriza la atmósfera para determinar la altitud a la que ocurren las turbulencias y el LTCS (Laser Traffic Control System) que impide que otros telescopios observen los rayos láser o las estrellas artificiales, lo cual podrían influir en sus observaciones.


Plataforma del VLT de ESO.
Información adicional.
ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Publicado en ESO el 2 de agosto del 2.017.

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