Imágenes extremadamente precisas con el nuevo sistema de óptica adaptativa del VLT.

Imagen de Neptuno obtenida con el VLT con el Modo de Campo Estrecho de óptica adaptativa en MUSE/GALACSI.

Esta imagen del planeta fue tomada en las pruebas de la óptica de adaptación del campo estrecho en el instrumento MUSE / GALACSI, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO. La imagen corregida es más nítida que una imagen comparativa obtenida con el Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA. Crédito: ESO / P. Weilbacher (AIP).

El VLT (Very Large Telescope) de ESO, ha llevado a cabo la primera luz de un nuevo modo de óptica adaptativa llamado “Tomografía láser” y ha captado imágenes de prueba extraordinariamente precisas del planeta Neptuno, cúmulos de estrellas y otros objetos. El instrumento pionero MUSE en modo de campo estrecho, trabajando con el módulo de óptica adaptativa GALACSI, ahora puede utilizar esta nueva técnica para corregir las turbulencias de la atmósfera a diferentes altitudes. Ahora es posible captar imágenes desde la superficie de la tierra en longitudes de onda visibles más nítidas que las del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. La combinación de una gran nitidez de la imagen junto con las capacidades espectroscópicas de MUSE, permitirá a los astrónomos estudiar las propiedades de los objetos astronómicos con mucho más detalle de lo que ha sido posible hasta ahora.

El instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer, explorador espectroscópico multiunidad) instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, trabaja con una unidad de óptica adaptativa denominada GALACSI. Hace uso de las instalaciones de estrellas de guiado láser (Laser Guide Stars Facility), 4LGSF, un subsistema de la instalación de óptica adaptativa (AOF, Adaptive Optics Facility). El AOF proporciona óptica adaptativa a los instrumentos de la Unidad de Telescopio 4 del VLT (UT4). MUSE fue el primer instrumento en beneficiarse de esta nueva instalación y ahora tiene dos modos de óptica adaptativa: el modo de campo amplio y el modo de campo estrecho [1].

Comparación de imágenes de Neptuno obtenidas por el VLT con y sin óptica adaptativa.
Estas imágenes del planeta Neptuno fueron obtenidos durante las pruebas del modo de
óptica adaptativa de campo estrecho en el instrumento MUSE/GALACSI, instalado en el
VLT (Very Large Telescope) de ESO. La imagen de la derecha está tomada sin el sistema
de óptica adaptativa y la de la izquierda después de la instalación de la óptica adaptativa.
Crédito: ESO/P. Weilbacher (AIP).

El modo de amplio campo de MUSE, junto con GALACSI en modo nivel del suelo, corrige los efectos de la turbulencia atmosférica hasta un kilómetro por encima del telescopio sobre un campo de visión relativamente amplio. Pero el nuevo modo de campo estrecho, que utiliza tomografía láser, corrige casi la totalidad de las turbulencias atmosféricas sobre el telescopio para crear imágenes mucho más nítidas, pero en una región más pequeña del cielo [2].

Con esta nueva capacidad, el telescopio UT-4 de ocho metros alcanza el límite teórico de nitidez de la imagen y ya no está limitado por las perturbaciones atmosféricas. Es algo extremadamente difícil de lograr en el rango visible y proporciona imágenes comparables en nitidez a las del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. Permitirá a los astrónomos estudiar con un detalle sin precedentes objetos fascinantes como agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias distantes, chorros lanzados por estrellas jóvenes, cúmulos globulares, supernovas, planetas y sus satélites en el Sistema Solar y mucho más.

La óptica adaptativa es una técnica que compensa los efectos de las turbulencias provocadas por la atmósfera terrestre, también conocido como visibilidad astronómica o seeing, un gran problema al que se enfrentan todos los telescopios terrestres. La misma turbulencia de la atmósfera que hace que las estrellas titilen a simple vista, hace que los grandes telescopios obtengan imágenes borrosas del universo. La luz que nos llega de estrellas y galaxias se distorsiona al atravesar la capa protectora de nuestra atmósfera, y los astrónomos deben utilizar tecnología inteligente para mejorar de forma artificial la calidad de la imagen.

Comparativa de imágenes de Neptuno desde el VLT y el Hubble. La imagen del
planeta Neptuno de la izquierda adaptable de campo estrecho en el instrumento MUSE,
instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO. La imagen de la derecha está
tomada con el Telescopio Espacial Hubble de NASA / ESA. Hay que tener en
cuenta que las imágenes no fueron tomadas al mismo tiempo, por lo que no veo
las mismas características en su superficie. Crédito: ESO / P. Weilbacher (AIP) / NASA, ESA
 y M.H. Wong y J. Tollefson (UC Berkeley).

Para lograrlo, se fijan cuatro láseres brillantes al UT4 para proyectar hacia el cielo columnas de una intensa luz anaranjada de 30 centímetros de diámetro que excitan los átomos de sodio de las capas altas de la atmósfera y crean estrellas de guiado láser artificiales. Los sistemas de óptica adaptativa utilizan la luz de estas "estrellas" para determinar la turbulencia de la atmósfera y calcular las correcciones mil veces por segundo, ordenando al espejo secundario del UT4, delgado y deformable, que modificar constantemente su forma, compensando las deformaciones que provoca la atmósfera y corrigiendo la luz distorsionada.

MUSE no es el único instrumento que disfruta de unas instalaciones de óptica adaptativa. La cámara infrarroja HAWK-I ya utiliza otro sistema de óptica adaptativa, GRAAL. En unos años le seguirá el potente y nuevo instrumento ERIS. Juntos, estos grandes avances en óptica adaptativa están mejorando la ya poderosa flota de telescopios de ESO, cuyo objetivo es observar el universo.

Este nuevo modo constituye también un importante paso adelante para el ELT (Extremely Large Telescope) de ESO, que necesitará tomografía láser para alcanzar sus objetivos  científicos. Estos resultados en UT4 con el AOF ayudarán a los científicos e ingenieros del ELT a implementar una tecnología de óptica adaptativa similar en el gigante de 39 metros.

Notas

[1] MUSE  y GALACSI en modo de campo amplio ya proporcionan corrección sobre un campo de visión de 1.0 minuto de arco, con píxeles de un tamaño de 0,2" por 0,2". Este nuevo modo de campo estrecho de GALACSI cubre un campo de visión mucho más pequeño, de 7,5 segundos de arco, pero con píxeles mucho más pequeños, de sólo 0,025" por 0,025", para explotar al máximo su resolución.

[2] La turbulencia atmosférica varía con la altitud; algunas capas degradan más el haz de luz de las estrellas que otras. La compleja técnica de óptica adaptativa de tomografía láser pretende corregir, principalmente, las turbulencias de estas capas atmosféricas. Se ha seleccionado previamente un conjunto de capas para el modo de campo estrecho de MUSE/GALACSI a 0 km (a nivel del suelo; siempre una medida importante), 3,9 y 14 km de altitud. Posteriormente, el algoritmo de corrección se optimiza en estas capas, permitiendo a los astrónomos alcanzar una calidad de imagen casi tan buena como si se utilizara una estrella guía natural y alcanzando el límite teórico del telescopio.

Información adicional.

Logotipo de ESO.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de quince países: Alemania, Austria, Bélgica, 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”.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

Enlaces

• Primera luz de MUSE.

• Primera luz de MUSE con modo AOF de amplio campo.

• Noticia de prensa en ESO el 18 de julio del 2.018.

Contactos.

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Correo electrónico: mm@cab.inta-csic.es

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ESO MUSE and GALACSI Project Scientist

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