เครดิตภาพ: UC Berkeley
มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์นักดาราศาสตร์ได้ใช้ประโยชน์จากระบบดาวนำทางด้วยเลเซอร์เมื่อไม่นานมานี้ที่ Lick Observatory ของ UC เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดและปราศจากแสงระยิบระยับของดิสก์ฝุ่นฟุ้งของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างไกล ภาพแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าดาวฤกษ์มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์สองเท่าถึงสามเท่าในลักษณะเดียวกับดาวประเภทสุริยะภายในเมฆทรงกลมหมุนวนที่ยุบตัวลงในดิสก์เช่นเดียวกับที่ดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์โผล่ออกมา
ลำแสงเลเซอร์สีเหลืองที่เจาะทะลุท้องฟ้าเหนือหอสังเกตการณ์ Lick เริ่มใช้งานบนกล้องโทรทรรศน์ Shane ขนาด 10 ฟุตเมื่อปีที่แล้วเพิ่มการใช้ระบบ "กระจกยาง" ของกล้องโทรทรรศน์ที่เรียกว่าเลนส์ปรับตัวไปจนถึงท้องฟ้ายามค่ำคืนทั้งหมด การเพิ่มเลเซอร์ทำให้ Lick เป็นหอดูดาวเพียงแห่งเดียวที่ให้ดาวนำทางเลเซอร์สำหรับการใช้งานประจำวัน
ทีม UC Berkeley และเพื่อนร่วมงานที่ศูนย์ Adaptive Optics และห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์ (LLNL) ของ UC Santa Cruz รายงานผลในวารสาร Science ฉบับวันที่ 27 กุมภาพันธ์
“ กระบวนทัศน์ของดวงดาวเช่นดวงอาทิตย์ของเราคือการยุบตัวลงของแรงโน้มถ่วงของเมฆไปยังโปรโตสตาร์และดิสก์สะสมมวลสารคล้ายแพนเค้ก แต่มีมวลที่ไม่สามารถทำงานได้ - ความส่องสว่างของดาวนั้นเพียงพอที่จะทำลายดิสก์และ มันสลายตัวเร็วที่สุดเท่าที่มันจะดึงมันเข้าหากัน” James R. Graham ศาสตราจารย์ดาราศาสตร์ที่ UC Berkeley กล่าว “ ข้อมูลของเราแสดงให้เห็นว่ากระบวนทัศน์ของแบบจำลองมาตรฐานยังคงใช้ได้กับดาวฤกษ์ที่มีมวลมากเท่าดวงอาทิตย์สองถึงสามเท่า”
“ หากปราศจากทัศนวิสัยแบบปรับตัวเราจะเห็นหยดขนาดใหญ่คลุมเครือจากพื้นดินและไม่สามารถตรวจจับโครงสร้างที่ดีรอบ ๆ แหล่งที่มาได้” Marshall D. Perrin นักศึกษาบัณฑิต UC Berkeley กล่าว “ การสำรวจของเราให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับมุมมองที่เกิดขึ้นใหม่ว่าดาวมวลต่ำและกลางก่อตัวในลักษณะที่คล้ายกัน”
ระบบเลนส์แบบปรับตัวได้ซึ่งเพิ่มเอฟเฟกต์การเบลอของความปั่นป่วนในบรรยากาศได้ถูกเพิ่มเข้าในกล้องโทรทรรศน์ของเชน Lick ในปี 1996 อย่างไรก็ตามเช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ ที่มีระบบปรับเลนส์ในปัจจุบันรวมถึงกล้องโทรทรรศน์ Keck ขนาด 10 เมตรในฮาวาย เพื่อพึ่งพาดาวที่สว่างในมุมมองเพื่อให้การอ้างอิงที่จำเป็นในการลบความเบลอ วัตถุในท้องฟ้ามีประมาณหนึ่งถึง 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่อยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ที่สว่างเพียงพอสำหรับระบบดาวนำทางที่เป็นธรรมชาติ
เลเซอร์โซเดียมสีย้อมที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์เลเซอร์เอซ Deanna M. Pennington และ Herbert Friedman แห่ง LLNL ในที่สุดก็เสร็จสมบูรณ์ระบบทัศนศาสตร์แบบปรับตัวเพื่อให้นักดาราศาสตร์สามารถใช้มันเพื่อดูส่วนใดส่วนหนึ่งของท้องฟ้า
เลเซอร์จะส่องลำแสงแคบ ๆ ประมาณ 60 ไมล์ผ่านเขตที่วุ่นวายเข้าสู่บรรยากาศชั้นบนซึ่งแสงเลเซอร์จะกระตุ้นโซเดียมอะตอมให้ดูดซับและเปล่งแสงสีเดียวกันอีกครั้ง โซเดียมมาจาก micrometeorites ที่ลุกเป็นไฟและระเหยออกเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก
จุดที่เรืองแสงสีเหลืองที่สร้างขึ้นในชั้นบรรยากาศนั้นเทียบเท่ากับดาวฤกษ์ดวงที่ 9 ซึ่งจางกว่าดวงตามนุษย์ประมาณ 40 เท่า อย่างไรก็ตามมันให้แหล่งกำเนิดแสงที่มีประสิทธิภาพเช่นเดียวกับดาวฤกษ์ที่ห่างไกลที่สว่าง
“ เราใช้แสงนั้นเพื่อวัดความปั่นป่วนในบรรยากาศเหนือกล้องโทรทรรศน์ของเราหลายร้อยครั้งต่อวินาทีจากนั้นใช้ข้อมูลนั้นเพื่อสร้างกระจกที่มีความยืดหยุ่นพิเศษในแบบที่เมื่อแสงทั้งจากเลเซอร์และเป้าหมายที่คุณเป็น เมื่อมองไปที่มันจะถูกลบออกผลของความปั่นป่วนจะถูกลบออก” แคลร์แม็กซ์ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ UC Santa Cruz รองผู้อำนวยการศูนย์ปรับเลนส์และนักวิจัยของ LLNL ที่ทำงานให้กับมันมากขึ้น กว่า 10 ปีในการพัฒนาระบบดาวนำทางด้วยเลเซอร์
ในการทดสอบครั้งแรกของระบบนี้เกรแฮมและเพอร์รินหันกล้องไปหาดาวฤกษ์อายุน้อยที่มีอายุมากเรียกว่า Herbig Ae / Be ซึ่งเป็นดาวที่คลุมเครือจากพื้นดินและโดยทั่วไปจะจางหายไป ดาว Herbig Ae / Be ที่มีมวลอยู่ระหว่าง 1.5 ถึง 10 เท่าของดวงอาทิตย์และน่าจะมีอายุน้อยกว่า 10 ล้านปีถือเป็นจุดเริ่มต้นของดาวมวลสูง - ดาวฤกษ์ที่จะจบลงด้วยความร้อนเช่นดาวซิเรียสและ Vega ดาว Herbig Ae / Be ถูกบันทึกไว้เมื่อหลายปีก่อนโดยนักดาราศาสตร์ UC Santa Cruz George Herbig ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยฮาวาย
ดาวมวลมากที่สุดของ Herbig Ae / Be นั้นเป็นที่สนใจอย่างมากเพราะพวกมันเป็นดาวที่ได้รับการระเบิดจากซุปเปอร์โนวาซึ่งทำให้เกิดกาแลคซีที่มีอะตอมหนักสร้างดาวเคราะห์ที่แข็งแกร่งและแม้กระทั่งชีวิต พวกมันยังก่อให้เกิดการก่อตัวดาวฤกษ์ในเมฆใกล้เคียง
สิ่งที่นักดาราศาสตร์เห็นนั้นคล้ายกับภาพของดวงดาว Tauri ที่รู้จักกันดีซึ่งเป็นขั้นตอนการก่อตัวของดาวที่ใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 50 เปอร์เซ็นต์และมีอายุ 100 ล้านปี ภาพของดาวทั้งสองของ Herbig Ae / Be แสดงให้เห็นว่ามีเส้นสีดำตัดกับแต่ละดาวอย่างชัดเจนซึ่งเกิดจากดิสก์ที่กั้นแสงจ้าของดาวฤกษ์และรัศมีทรงกลมที่เต็มไปด้วยฝุ่นและก๊าซที่ปกคลุมดาวและดิสก์ ในแต่ละดาวดาวฤกษ์ก๊าซและฝุ่นสองชนิดสามารถปรากฏขึ้นจากขั้วของดิสก์สะสมมวลสาร
ดาวสองดวงจัดอยู่ในกลุ่ม LkH (198 และ LkH (233 (แหล่งกำเนิดไฮโดรเจน - อัลฟ่าเลีย) อยู่ห่างออกไป 2,000 และ 3,400 ปีแสงตามลำดับในพื้นที่ห่างไกลของกาแลคซีทางช้างเผือก
“ วัสดุจากเมฆโปรโตเทลลาร์ไม่สามารถตกลงสู่ดาวฤกษ์ทารกได้โดยตรงดังนั้นมันจึงตกลงสู่ดิสก์สะสมมวลสารก่อนและเคลื่อนเข้าด้านในเพื่อตกลงสู่ดาวฤกษ์หลังจากที่มันเคลื่อนตัวโมเมนตัมเชิงมุม” เพอร์รินอธิบาย “ กระบวนการถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมพร้อมกับวิวัฒนาการของสนามแม่เหล็กนำไปสู่การเปิดตัวการไหลของกระแสสองขั้ว การไหลออกเหล่านี้ในที่สุดก็จะทำให้ซองจดหมายหลุดออกจากดาวฤกษ์เกิดใหม่ที่ล้อมรอบด้วยดิสก์สะสมมวลสาร เมื่อไม่กี่ล้านปีที่ผ่านมาวัสดุที่เหลืออยู่ในดิสก์ได้รับการสะสมเหลือเพียงดาวฤกษ์อายุน้อยที่อยู่เบื้องหลัง”
เพอร์รินเสริมว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้จัดทำ“ ภาพที่ชัดเจนและไม่น่าสงสัยของดิสก์และการไหลออกรอบดาวฤกษ์ T Tauri” ยืนยันทฤษฎีเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเช่นดวงอาทิตย์ของเรา แต่เนื่องจากความหายากแบบสัมพัทธ์ของดาว Herbig Ae / Be ข้อมูลที่ชัดเจนเช่นนี้สำหรับดาวเหล่านั้นยังขาดอยู่จนถึงขณะนี้เขากล่าว
นักดาราศาสตร์เสนอว่าดาวมวลสูงมากนั้นเกิดจากการชนกันของดาวฤกษ์สองดวงหรือมากกว่านั้นหรือในเมฆที่ปั่นป่วนไม่เหมือนดิสก์สะสมมวลหมุนวน ที่น่าสนใจดาวดวงที่สามถ่ายภาพในคืนเดียวกันโดยเกรแฮมและเพอร์รินกลายเป็นดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์สองดวงที่มีริบบิ้นก๊าซและฝุ่นอยู่ระหว่างกันดูเหมือนว่าดาวดวงหนึ่งจะจับสสารจากดาวอื่น
Graham หวังที่จะถ่ายภาพดาว Herbig Ae / Be ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อดูว่าแบบจำลองการก่อตัวดาวฤกษ์มาตรฐานขยายไปถึงดาวที่ใหญ่กว่านี้หรือไม่ ภาพรายละเอียดของดาว Herbig Ae / Be เป็นหนี้กับระบบดาวนำทางด้วยเลเซอร์แบบใหม่ซึ่งเป็นภาพโพลาไรซ์อินฟราเรดใกล้ที่สร้างโดยเพอร์รินและเพิ่มลงในกล้อง Berkeley Near Infrared (IRCAL) ที่ติดตั้งบนกล้องโทรทรรศน์แล้ว
“ ถ้าไม่มีขั้วแสงจากดาวส่วนใหญ่จะบดบังโครงสร้างรอบตัวพวกมัน” เพอร์รินกล่าว “ โพลามิเตอร์จะแยกแสงดาวที่ไม่ได้ขั้วออกจากแสงที่กระจายออกจากฝุ่นดาวฤกษ์ซึ่งเพิ่มความสามารถในการตรวจจับของฝุ่นละอองนั้น ตอนนี้เราได้พัฒนาเทคนิคนี้ที่ Lick แล้วมันจะเป็นไปได้ที่จะขยายไปยังกล้องโทรทรรศน์ Keck 10 เมตรเนื่องจากระบบดาวนำทางด้วยเลเซอร์จะเริ่มทำงาน”
โพลาไรซ์มิเตอร์แยกแสงจากภาพออกเป็นสองโพลาไรเซชันโดยใช้คริสตัล birefringent รูปแบบใหม่ที่ทำจากลิเธียมอิตเทรียมและฟลูออรีน (LiYF4) ซึ่งเป็นการปรับปรุงผลึกแคลไซต์ที่ใช้มาจนถึงปัจจุบัน
กลุ่มอื่น ๆ หลายกลุ่มกำลังพัฒนาเลเซอร์เพื่อใช้เป็นดาวนำทาง แต่กลุ่มแม็กซ์ได้ก้าวล้ำหน้าคู่แข่งตั้งแต่การสาธิตแนวคิดในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ที่ลิเวอร์มอร์ ตั้งแต่นั้นมาเธอและเพื่อนร่วมงานได้ปรับเลเซอร์และซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้กระจกเงา - ในกรณีของกล้องโทรทรรศน์ขนาด 120 นิ้วของ Lick ซึ่งเป็นกระจกรองขนาด 3 นิ้วภายในกล้องโทรทรรศน์หลัก - จะงอได้อย่างถูกต้องเพื่อกำจัดแสงกระพริบตาจาก ดาว
เลเซอร์ขนาด 11 ถึง 12 วัตต์เป็นเลเซอร์สีย้อมโซเดียมที่ปรับให้เข้ากับความถี่ที่จะทำให้อะตอมโซเดียมเย็นในบรรยากาศ เลเซอร์สีย้อมถูกสูบด้วยเลเซอร์ YAG สีเขียวซึ่งเป็นพี่ชายคนโตของพอยน์เตอร์เลเซอร์สีเขียวที่มีหน่วยเป็นมิลลิวัตต์
“ เหตุผลที่เราสามารถทำวิทยาศาสตร์ด้วยระบบดาวนำทางด้วยเลเซอร์ก็คือความน่าเชื่อถือและการใช้งานของมันนั้นดีขึ้นมาก” เกรแฮมกล่าว “ เลเซอร์เปิดเลนส์ที่ปรับเปลี่ยนได้เพื่อชุมชนที่ใหญ่กว่ามาก”
“ ฉันคิดว่ามันจะเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการขี่ม้าที่ Lick” Max กล่าว “ เลเซอร์และฮาร์ดแวร์ระบบออพติคที่ปรับตัวเองนั้นมีความเสถียรและแข็งแกร่ง สิ่งที่จะเกิดขึ้นในตอนนี้คือผู้คนกำลังทำดาราศาสตร์ด้วยพวกเขากำลังจะพัฒนาเทคนิคใหม่เพื่อสังเกตการณ์ลองกับวัตถุชนิดใหม่ ตามปกติแล้วนักดาราศาสตร์ที่ดีจะมาทำสิ่งต่าง ๆ ด้วยอุปกรณ์ของคุณซึ่งคุณไม่เคยจินตนาการมาก่อน”
แม็กซ์และเพื่อนร่วมงานของเธอได้ทดสอบระบบดาวนำทางด้วยเลเซอร์ที่ Keck Telescopes ในฮาวาย แต่ยังไม่พร้อมสำหรับการใช้งานตามปกติเธอกล่าว
“ The Keck ใช้เทคโนโลยีเดียวกับที่เรามีให้กับ Lick” Max กล่าว “ ฉันคาดหวังว่าจะเห็นเทคโนโลยีทั่วไปที่ใช้กับกล้องโทรทรรศน์ส่วนใหญ่ แต่ด้วยเลเซอร์ชนิดต่าง ๆ ผู้คนกำลังคิดค้นเลเซอร์ชนิดใหม่ทั้งทางขวาและซ้ายดังนั้นฉันคิดว่าเกมนี้จะยังคงอยู่ต่อไป "
นักเขียนคนอื่น ๆ ของบทความวิทยาศาสตร์นอกเหนือจากเกรแฮมเพอร์รินแม็กซ์และเพนนิงตันมีส่วนเกี่ยวข้องกับมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติของศูนย์ปรับเลนส์โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่ UC Santa Cruz: ผู้ช่วยนักวิจัยด้านการวิจัย Paul Kalas จาก UC Berkeley, James P. Lloyd of the สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย, Donald T. Gavel จากห้องปฏิบัติการ UC Santa Cruz สำหรับ Adaptive Optics และ Elinor L. Gates จากหอดูดาว UC / Lick Observatory
การสำรวจและพัฒนาดาวนำทางด้วยเลเซอร์ได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติและกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา
แหล่งต้นฉบับ: UC Berkeley News Release
