Il telescopio Yepun (UT4) del VLT (Very Large Telescope) dell’ESO è stato trasformato in un telescopio completamente adattivo. Dopo più di un decennio di pianificazione, costruzioni e collaudi, il nuovo impianto di ottica adattiva (o AOF dall’inglese Adaptive Optics Facility) ha visto la sua prima luce con lo strumento MUSE, catturando vedute sorprendentemente nitide di nebulose planetarie e galassie. L’accoppiamento di AOF e MUSE forma uno dei sistemi tecnologici più avanzati e potenti mai costruiti per l’astronomia da terra.
Il sistema di ottica adattiva AOF (dall’inglese Adaptive Optics Facility) è un progetto a lungo termine per il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO al fine di fornire un sistema di ottica adattiva per gli strumenti montati sul telescopio UT4, il primo dei quali è lo strumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) [1]. L’ottica adattiva compensa gli effetti di sfocatura dovuti all’atmosfera terrestre, permettendo così a MUSE di ottenere immagini molto più nitide e con un contrasto maggiore, almeno due volte quanto fosse possibile prima. MUSE può ora studiare oggetti dell’Universo ancora più deboli.
“Ora anche quando le condizioni meteorologiche non sono perfette, gli astronomi possono ottenere immagini superbe grazie a AOF“, spiega Harald Kuntschner, Responsabile Scientifico del Progetto AOF all’ESO.
Dopo una serie di verifiche del nuovo sistema, l’equipe di astronomi e ingegneri è stata premiata da una serie di immagini spettacolari. Gli astronomi sono stati in grado di osservare le nebulose planetarie IC 4406, nella costellazione del Lupo, e NGC 6369, nella costellazione di Ofiuco. Le osservazioni di MUSE con AOF hanno mostrato un’incredibile miglioramento della nitidezza delle immagini, mostrando strutture a guscio mai viste prima in IC 4406 [2].
L’AOF, che ha reso possibili queste osservazioni, è formato da molte parti che funzionano insieme, tra cui 4LGSF (Four Laser Guide Star Facility) e lo specchio secondario deformabile e molto sottile di UT4 [3] [4]. Il sistema 4LGSF lancia quattro raggi laser da 22 Watt verso il cielo per far risplendere gli atomi di sodio nell’alta atmosfera, producendo punti di luce che imitano le stelle. I sensori nel modulo GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) delle ottiche adattive usano queste stelle guida artificiali per determinare le condizioni dell’atmosfera.
Un migliaio di volte al secondo, il sistema di AOF calcola la correzione da applicare per modificare la forma dello specchio secondario deformabile del telescopio, in modo da compensare i disturbi atmosferici. In particolare, GALACSI corregge gli effetti della turbolenza nello strato di atmosfera fino a un chilometro al di sopra del telescopio. A seconda delle condizioni atmosferiche, la turbolenza può variare con l’altitudine, ma alcuni studi hanno mostrato che la maggioranza degli disturbi atmosferici avviene nello strato più basso, vicino a terra.
“Il sistema AOF essenzialmente equivale a sollevare il VLT di circa 900 metri più in alto, al di sopra degli strati più turbolenti dell’atmosfera“, spiega Robin Arsenault, Responsabile del Progetto AOF. “In passato, se volevamo immagini più nitide dovevamo trovare un sito milgiore o usare un telescopio spaziale – ma ora con AOF possiamo creare condizioni osservative decisamente migliori proprio dove siamo già, con un costo significativamente inferiore!“.
Le correzioni applicate da AOF migliorano la qualità dell’immagine rapidamente e con continutià, concentrando la luce a formare immagni più nitide. Ciò permette a MUSE di risolvere dettagli più minuti e rivelare stelle più deboli di quanto fosse possibile finora. GALACSI fornisce la correzione su un campo di vista ampio, ma questo è solo il primo passo verso l’ottica adattiva per MUSE. Un secondo modo operativo, che dovrebbe entrare in funzione all’inizio del 2018, è in preparazione per GALACSI. Questa modalità a piccolo campo correggerà la turbolenza a qualsiasi altitudine, permettendo osservazioni di campi di vista più piccoli a risoluzione ancora maggiore.
“Sedici anni fa, quando abbiamo proposto di costruire il rivoluzionario strumento MUSE, la nostra idea visionaria era di accoppiarlo con un altro sistema avanzato, proprio AOF“, commenta Roland Bacon, Capo Progetto per MUSE. “Il potenziale di scoperta di MUSE, già grande, viene così ancora aumentato. Il nostro sogno si sta avverando“.
Uno dei principali scopi scientifici del sistema è di osservare oggetti deboli nell’Unvierso lontano con la miglior qualità possiible per le immagini. Questo richiede esposizioni di molte ore. Joël Vernet, Responsabile Scientifico dei progetti MUSE e GALACSI dell’ESO, aggiunge: “In particolare siamo interessati a osservare le galassie più piccole e più deboli alle distanze più grandi. Queste sono galassie che si stanno formando – ancora nella loro infanzia – e sono una delle chiavi per la comprensione dell’intero processo di formazione delle galassie“.
Inoltre, MUSE non è l’unico strumento che avrà benefici da AOF. Nel prossimo futuro, un altro sistema a ottica adattiva chiamato GRAAL diventerà operativo per lo strumento infrarosso HAWK-I già esistente, migliorandone la vista sull’Universo. Successivamente sarà installato il nuovo, potente strumento ERIS.
“L’ESO sta guidando lo sviluppo di questi sistemi di ottica adattiva, e l’AOF è anche l’apripista per l’ELT (Extremely Large Telescope) dell’ESO“, incalza Arsenault. “Lavorare sull’AOF ci ha dato – a scienziati e ingegneri ma anche all’industria – un’esperienza inestimabile che sfrutteremo per le nuove sfide che ci presenterà la costruzione dell’ELT.“
Note
[1] MUSE è uno spettrografo a campo integrale, uno strumento potente che produce un insieme di dati tridimensionali dell’oggetto puntato, in cui ogni pixel dell’immagine corrisponde allo spettro della luce che cade quel pixel. Ciò significa essenzialmente che lo strumento crea migliaia di immagini dell’oggetto nello stesso momento, ciascuna a una diversa lunghezza d’onda, catturando smisurate informazioni.
[2] IC 4406 è stato già osservato dal VLT (eso9827a).
[3] Con poco più di un metro di diametro, è il più grande specchio adattivo mai prodotto e ha richiesto una tecnologia all’avanguardia. È stato montato su UT4 nel 2016 (ann16078) in sostituzione dello specchio secondario originale di tipo convenzionale.
[4] Sono stati sviluppati e sono operativi altri strumenti per ottimizzare le operazioni di AOF, tra cui un’estensione del software Astronomical Site Monitor che controlla l’atmosfera per determinare l’altitudine a cui si manifesta la turbolenza, e il sistema LTCS (Laser Traffic Control System) che impedisce agli altri telescopi di guardare direttamente il fascio laser o le stelle artificiali e così eventualmente rischiare di rovinare le proprie osservazioni.