Crédit d'image :: Keck
L'observatoire Keck II de 10 mètres a franchi une étape importante récemment lorsqu'il a commencé ses observations avec son nouveau système d'optique adaptative. Le système utilise un laser pour créer une fausse étoile à environ 90 kilomètres dans le ciel - un ordinateur peut ensuite l'utiliser pour calculer comment supprimer l'effet des perturbations atmosphériques. L'optique adaptative a été utilisée sur des télescopes plus petits, mais c'est la première fois qu'elle est utilisée sur un télescope aussi grand que le puissant Keck II; il a fallu neuf ans pour adapter l'observatoire.
Une étape importante de l'histoire astronomique a eu lieu récemment au W.M. Observatoire de Keck lorsque les scientifiques, pour la première fois, ont utilisé un laser pour créer une étoile guide artificielle sur le télescope Keck II de 10 mètres pour corriger le flou d'une étoile avec une optique adaptative (AO). Des étoiles guides laser ont été utilisées sur des télescopes plus petits, mais il s'agit de leur première utilisation réussie sur la génération actuelle des plus grands télescopes du monde. L'image résultante (figure 1), capturée par la caméra infrarouge NIRC2, était la première démonstration d'un système d'optique adaptative d'étoile guide laser (LGS AO) sur un grand télescope. Une fois terminé, le système LGS AO marquera une nouvelle ère de l'astronomie dans laquelle les astronomes pourront voir pratiquement n'importe quel objet dans le ciel avec la clarté de l'optique adaptative.
«C'est l'un des moments les plus gratifiants de toutes mes années à Keck», a déclaré le Dr Frederic Chaffee, directeur du W.M. Observatoire de Keck le soir où les observations ont été faites. «Comme tout premier résultat positif, il reste beaucoup à faire avant que le système puisse être considéré comme opérationnel. Mais aussi comme tout premier résultat positif, cela montre que cela peut être fait et nous donne un grand optimisme que nos objectifs ne sont pas des rêves impossibles, mais plutôt des réalités réalisables. »
L'optique adaptative est une technique qui a révolutionné l'astronomie au sol grâce à sa capacité à éliminer le flou de la lumière des étoiles provoqué par l'atmosphère terrestre. Son exigence d'une «étoile guide» relativement brillante dans le même champ de vision que l'objet d'étude scientifique a généralement limité l'utilisation de l'AO à environ un pour cent des objets dans le ciel.
Pour surmonter cette restriction, en 1994, le W.M. L'observatoire de Keck a commencé à travailler avec Lawrence Livermore National Labs (LLNL) pour développer un système d'étoiles guides artificielles. En utilisant un laser pour créer une «étoile virtuelle»? les astronomes peuvent étudier n'importe quel objet à proximité d'objets beaucoup plus faibles (jusqu'à la 19e magnitude) avec une optique adaptative et réduire sa dépendance à l'égard des étoiles guides lumineuses et naturelles. Cela augmentera la couverture du ciel pour le système d'optique adaptative Keck d'environ 1% de tous les objets dans le ciel à plus de 80%.
"Cette nouvelle capacité d'utilisation d'une étoile guide laser avec un grand télescope a invité les astronomes à commencer à explorer le ciel nocturne d'une manière beaucoup plus complète", a déclaré Adam Contos, ingénieur en optique au W.M. Observatoire de Keck. «À l'avenir, je m'attendrais à ce que la plupart des grands observatoires installent des systèmes similaires pour tirer parti de cette incroyable amélioration de leurs capacités AO.»
En janvier 2001, après plus de sept ans de développement, les équipes Keck et LLNL ont célébré l'achèvement du système d'étoiles de guidage laser Keck. L'étoile artificielle résulte de la lumière d'un laser à colorant de 15 watts qui fait briller une couche naturelle d'atomes de sodium à environ 90 km (56 miles) au-dessus de la surface de la terre. Il faudrait encore deux ans de recherche et de conception sophistiquées avant que le système laser puisse être intégré dans le système d'optique adaptative Keck II.
Au petit matin du 20 septembre, tous les sous-systèmes se sont finalement réunis pour révéler la capacité unique du système Keck LGS AO et son potentiel pour résoudre des objets extrêmement faibles. Le système s'est verrouillé sur une étoile de 15e magnitude, membre d'un binaire T Tauri bien connu appelé HK Tau et a révélé les détails du disque circumstellaire de l'étoile compagnon. C'était la première fois qu'un système d'optique adaptative sur un très grand télescope utilisait une étoile guide artificielle pour résoudre un objet faible.
Un défi clé auquel l'équipe LGS AO a été confrontée était le succès des efforts d'intégration et de réalisation de bonnes mesures de performance pour chaque sous-système requis. Préoccupations concernant la puissance du laser et sa qualité spot, le fonctionnement du système de contrôle du trafic laser, la capacité des nouveaux capteurs à se bloquer sur les étoiles guides plus faibles et la possibilité d'optimiser la qualité de l'image grâce à une compréhension précise des aberrations qui pourraient pas mesuré en utilisant l'étoile guide laser, ont tous été pris en compte dans l'observation de la soirée.
«La première lumière a été un superbe effort d'équipe», a déclaré le Dr Peter Wizinowich, chef d'équipe pour l'équipe d'optique adaptative chez W.M. «C'était très satisfaisant d'avoir chacun des nombreux sous-systèmes aussi performants dès notre première tentative. Pour citer Virgil, «Audentes Fortuna Juvat», la fortune favorise les audacieux. »
La qualité des premières images lumineuses du LGS AO était extrêmement élevée. Alors qu'il était verrouillé sur une étoile de 14e magnitude, le système Keck LGS AO a enregistré des «ratios de Strehl» de 36% (à 2,1 microns de longueur d'onde, temps d'exposition de 30 secondes, figure 3), contre 4% pour les images non corrigées. Les rapports de Strehl mesurent le degré auquel un système optique se rapproche de la perfection «limitée par la diffraction», ou la limite de performance théorique, du télescope.
Une autre mesure de performance, la «pleine largeur à la moitié maximale» (FWHM), pour cette étoile de 14e magnitude était de 50 milli-secondes d'arc, contre 183 milli-secondes d'arc pour l'image non corrigée. Les mesures FWHM aident les astronomes à déterminer les bords réels d'un objet, où la détection peut être imprécise ou difficile à déterminer. La mesure de 50 milli-secondes d'arc équivaut à peu près à pouvoir distinguer une paire de phares de voiture à New York tout en se tenant à Los Angeles.
Tout au long de la soirée, l'étoile guide laser est restée stable et lumineuse, brillant à une magnitude approximative de 9,5, environ 25 fois plus faible que ce que l'œil humain peut voir, mais idéal pour le système d'optique adaptative Keck pour mesurer et corriger les distorsions atmosphériques.
Des travaux supplémentaires sont en cours avant que le système Keck LGS AO puisse être considéré comme pleinement opérationnel. Le système Keck LGS AO sera disponible pour une science des risques partagés limitée l'année prochaine, avec un déploiement complet dans la communauté des utilisateurs de Keck en 2005.
"Même avec juste ce premier test, les astronomes réclament déjà d'utiliser le système d'étoiles guide laser pour étudier des galaxies lointaines avec une résolution et une puissance sans précédent", a déclaré le Dr David Le Mignant, scientifique en instruments d'optique adaptative au W.M. Observatoire de Keck, Association californienne de recherche en astronomie. "D'ici l'an prochain, l'optique adaptative sera utilisée pour étudier la riche histoire de formation des premières galaxies."
L'importance de cette percée pour l'astronomie mondiale a été résumée par le Dr Matt Mountain, directeur de l'Observatoire des Gémeaux, qui exploite des télescopes jumeaux de 8 mètres, l'un sur Mauna Kea et l'autre sur Cerro Pachon au Chili: «Il s'agit d'une étape cruciale pour toute l'astronomie au sol, non seulement pour notre génération actuelle de télescopes de huit à 10 mètres, mais aussi pour nos rêves de télescopes de 30 mètres. »
Les membres de l'équipe responsables du système Keck LGS AO sont Antonin Bouchez, Jason Chin, Adam Contos, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Chris Neyman, Paul Stomski, Doug Summers, Marcos van Dam et Peter Wizinowich, tous du WM L'équipe a remercié tout particulièrement leurs collaborateurs de LLNL: Dee Pennington, Curtis Brown et Pam Danforth.
Le système d'optique adaptative des étoiles guides laser a été financé par le W.M. Fondation Keck.
Le W.M. L'observatoire de Keck est géré par la California Association for Research in Astronomy, un partenariat scientifique du California Institute of Technology.
Source d'origine: communiqué de presse Keck
