Guiagem LASER aperfeiçoa visão dos telescópios Keck

2004-10-01

Em cima: Imagem em falsa cor do centro galáctico, obtida a partir de duas exposições a 2.1 e 3.8 mícrones, usando óptica adaptativa convencional. O lado da imagem mede 10\". A 2.1 mícrones, a resolução espacial conseguida foi de 0.056\", e o grau de correcção do efeito da turbulência atmosférica foi apenas de 35%. Em baixo: Imagem da mesma região a 3.8 mícrones, obtida em Julho de 2004 usando o sistema de guiagem com LASER. A resolução espacial conseguida foi de 0.082\", e o grau de correcção do efeito da turbulência foi de 75%. Crédito: W. M. Keck Observatory.
Desde a invenção dos telescópios que a distorção das imagens astronómicas incomoda os astrónomos, impedindo-os de obter imagens de alta resolução, quando efectuam observações astronómicas usando telescópios a partir do solo. Tais distorções são devidas à turbulência atmosférica. Assim, dada a incapacidade dos telescópios e dos seus detectores para ver para lá daquilo que a turbulência da atmosfera
atmosfera
1- Camada gasosa que envolva um planeta ou uma estrela. No caso das estrelas, entende-se por atmosfera as suas camadas mais exteriores. 2- A atmosfera (atm) é uma unidade de pressão equivalente a 101 325 Pa.
permite, os detalhes mais ténues das imagens ficam sempre por estudar, o que significa que a nossa visão de um determinado objecto celeste longínquo fica, neste sentido, sempre incompleta. Isto é, a turbulência atmosférica limita sempre a resolução das imagens astronómicas obtidas a partir do solo, por muito potente que seja o telescópio.

Contudo, os avanços tecnológicos mais recentes permitiram aos astrónomos concretizar o sonho de, a partir de observações realizadas no solo, obter imagens livres de distorções artificiais, isto é, imagens com enorme definição, dentro da capacidade máxima da óptica do telescópio (teoricamente dada pelo limite de difracção
difracção
A difracção é o fenómeno observado quando a radiação, ao propagar-se, encontra um obstáculo opaco ou passa por uma abertura muito estreita. As ondas de radiação que passam mais próximas do bordo do obstáculo são deflectidas, de forma que: por um lado, contornam o obstáculo e aparecem na região que devia ser de sombra, tornando a fronteira entre a zona de sombra e a zona iluminada pouco definida; e por outro lado, interagem com as ondas de radiação mais próximas, resultando em aumentos e diminuições da intensidade da radiação fora da região de sombra do obstáculo - são os padrões de difracção. A difracção é uma propriedade ondulatória.
do sistema telescópio+detector). Em particular, a técnica de óptica adaptativa
óptica adaptativa
A técnica de óptica adaptativa é um sistema óptico que se instala nos telescópios terrestres por forma a corrigir, em tempo real, os efeitos da turbulência atmosférica.
desenvolvida e afinada nos últimos anos permite aos astrónomos efectuar correcções das imagens obtidas em tempo real.

Para tal, e até agora, as medições da distorção atmosférica e respectivas correcções só podiam ser feitas mediante observação de uma estrela
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
relativamente brilhante do céu. O problema é que as estrelas adequadas para esta técnica não abundam: existem em quantidade razoável apenas em cerca de 1 % da área de todo o céu! Ora isto tem consequências muito importantes: em primeiro lugar, significa que esta técnica não pode ser aplicada em qualquer região do céu (por falta de estrelas brilhantes que possam ser observadas); em segundo lugar, a técnica não pode ser aplicada a campos de visão demasiado grandes, sob pena de a turbulência atmosférica variar apreciavelmente de um extremo da imagem para o outro. Por último, a técnica não pode, de forma fiável, ser aplicada em futuros telescópios ópticos gigantes, com espelhos com diâmetros de 30 m ou 100 m, simplesmente porque o campo de visão destes telescópios será tão reduzido (além de obscurecido pela poeira interestelar
poeira interestelar
A poeira interestelar é constituído por minúsculas partículas sólidas, com diâmetros da ordem dos mícrones, existentes no meio interestelar.
) que não haverá aí quaisquer possibilidades de encontrar estrelas brilhantes necessárias a esta técnica.

Contudo, estas enormes dificuldades parecem ter sido todas ultrapassadas simultaneamente. A solução está num novo sistema que usa uma estrela artificial, projectada no céu com um feixe LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)
A palavra LASER designa uma amplificação de luz por emissão estimulada de radiação. O princípio físico por trás deste fenómeno é a emissão estimulada: sob certas condições, um fotão atinge um átomo excitado e provoca a emissão de um fotão. O átomo emite dois fotões: o fotão estimulador, que passa incólume, e o fotão estimulado, que tem o mesmo comprimento de onda, a mesma fase, a mesma polarização e a mesma direcção de propagação que o fotão estimulador. Se cada um destes fotões estimular mais átomos, o feixe inicial de fotões é assim amplificado.
, em vez de se ter de recorrer a uma estrela real que possa existir na vizinhança do objecto celeste que queremos observar. O potencial desta técnica é enorme, como ilustra bem o exemplo das imagens do centro galáctico, obtidas com o telescópio Keck
W. M. Keck Observatory
O Observatório W. M. Keck é operado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e pela NASA, e encontra-se localizado em Mauna Kea, no Havai. O observatório é constituído por dois telescópios gémeos de 10 metros, o Keck I e o Keck II.
(ver imagens ao lado) em condições de turbulência típicas (0.4") do observatório de Mauna Kea (EUA). Os resultados mostram que se pode melhorar, por um factor de aproximadamente o dobro, o grau de correcção das imagens, e a resolução espacial que daí resulta. Esta correcção traduz-se igualmente por uma melhor concentração da luz detectada e, consequentemente, fontes mais fracas podem ser detectadas onde antes não o eram (ver imagens).

Este avanço abre definitivamente as portas à técnica de óptica adaptativa no futuro contexto dos telescópios ópticos gigantescos.

Fonte da notícia: http://alamoana.keck.hawaii.edu/news/science_mtg/gc.html