ESO’s Very Large Telescope (VLT) heeft zijn eerste licht opgevangen met behulp van een nieuwe adaptieve optische modus die ‘lasertomografie’ wordt genoemd. Dat heeft opmerkelijk scherpe testbeelden opgeleverd van de planeet Neptunus, sterrenhopen en andere objecten. Het baanbrekende MUSE-instrument van de VLT in Narrow Field Mode kan, in samenwerking met de adaptieve-optiekmodule GALACSI, deze nieuwe techniek gebruiken om te corrigeren voor turbulentie op verschillende hoogten in de atmosfeer. Het is nu mogelijk om op zichtbare golflengten foto’s vanaf de grond te maken die scherper zijn dan die van de Hubble-ruimtetelescoop van ESA en NASA.
De combinatie van uitmuntende beeldscherpte en de spectroscopische mogelijkheden van MUSE stelt astronomen in staat om de eigenschappen van hemelobjecten veel gedetailleerder te onderzoeken dan tot nu toe mogelijk was. Het MUSE(Multi Unit Spectroscopic Explorer)-instrument van ESO’s Very Large Telescope(VLT) werkt met een adaptieve-optiekeenheid die GALACSIheet. Deze maakt gebruik van de Laser Guide Stars Facility, 4LGSF, een subsysteem van de Adaptive Optics Facility(AOF). De AOF voorziet de instrumenten van de Unit Telescope 4 (UT4) van de VLT van adaptieve optiek. MUSE was het eerste instrument dat deze nieuwe faciliteit kon benutten en vanaf nu heeft dit instrument twee adaptieve optische modi: een groothoekmodus (Wide Field Mode) en een kleinhoekmodus (Narrow Field Mode) [1].
De combinatie van MUSE in Wide Field Mode en GALACSI in atmosferische grondlaagmoduscorrigeert over een relatief groot beeldveld voor de effecten van atmosferische turbulentie tot één kilometer boven de telescoop. Maar dankzij lasertomografie corrigeert de nieuwe Narrow Field Mode bijna álle atmosferische turbulentie boven de telescoop. Dat resulteert in veel scherpere beelden, maar wel van een kleiner stukje hemel [2]. Met de nieuwe techniek wordt het beeld van de 8-meter UT4-telescoop gecorrigeerd voor atmosferische vertroebeling en kan het zijn maximale theoretische scherpte bereiken. Op zichtbare golflengten is dit extreem moeilijk, maar de resulterende beelden zijn qua scherpte vergelijkbaar met die van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA. Vanaf nu kunnen astronomen fascinerende objecten zoals de superzware zwarte gaten in de centra van verre sterrenstelsels, de jets van jonge sterren, bolvormige sterrenhopen, supernova's, de planeten en hun manen van ons zonnestelsel ongekend gedetailleerd onderzoeken.
Adaptieve optiek is een techniek om het beeldvertroebelende effect van de aardatmosfeer, waar alle telescopen op de grond mee te kampen hebben, te onderdrukken. Dezelfde atmosferische turbulentie die ervoor zorgt dat de sterren aan de hemel twinkelen, maakt de hemelfoto’s van grote telescopen onscherp. Het licht van sterren en sterrenstelsels wordt vervormd als het door de beschermende laag van onze atmosfeer heen gaat, en dat noopt astronomen ertoe om slimme technologie in te zetten die de beeldkwaliteit verbetert. Om dit te bereiken worden vier heldere lasersaan UT4 gekoppeld, die 30 centimeter brede bundels van intens oranje licht op de hemel projecteren. Dit brengt natriumatomen hoog in de atmosfeer in aangeslagen toestand, waardoor ze gaan gloeien. Op die manier ontstaan kunstmatige richtsterrenaan de hemel die door het adaptieve optische systeem worden gebruikt om vast te stellen hoe turbulent de atmosfeer is. Het systeem berekent duizend keer per seconde hoe het beeld gecorrigeerd moet worden en geeft daarbij de dunne, vervormbare secundaire spiegelvan UT4 de opdracht om steeds zodanig van vorm te veranderen dat de atmosferische beeldvervorming wordt gecorrigeerd.
MUSE is niet het enige instrument dat van de Adaptive Optics Facility kan profiteren. Een ander adaptief optisch systeem, GRAAL, wordt al ingezet met de infraroodcamera HAWK-I. Over enkele jaren zal dit worden opgevolgd door het krachtige nieuwe instrument ERIS. Tezamen verbeteren deze belangrijke ontwikkelingen in de adaptieve optiek de toch al krachtige vloot van ESO-telescopen bij het in beeld brengen van het heelal. De nieuwe modus is ook van belang voor ESO’s Extremely Large Telescope, die op lasertomografie vertrouwt om zijn wetenschappelijke doelen te bereiken. Deze resultaten met de AOF van UT4 helpen de ingenieurs en wetenschappers van de ELT bij de ontwikkeling van vergelijkbare adaptieve optische technologie voor deze reus van 39 meter.
Noten
1] In Wide Field Mode leveren MUSE en GALACSI al een correctie over een beeldveld van 1 boogminuut, met pixels van 0,2 bij 0,2 boogseconde. De nieuwe Narrow Field Mode bestrijkt een veel kleiner beeldveld van 7,5 boogseconde, maar met veel kleinere pixels van slechts 0,025 bij 0,025 boogseconde. Daarmee wordt de uitstekende beeldresolutie van de VLT volledig benut.
[2] Atmosferische turbulentie varieert met de hoogte: sommige lagen verstoren de lichtbundels van sterren meer dan andere. De complexe adaptief-optische techniek van de lasertomografie heeft tot doel om de turbulentie van met name die atmosferische lagen te corrigeren. Voor de MUSE/GALACSI-modus wordt een specifieke reeks lagen gekozen met hoogten van 0 (de grondlaag – altijd een belangrijke bijdrager), 3, 9 en 14 kilometer. Vervolgens wordt het correctie-algoritme geoptimaliseerd voor deze lagen, opdat astronomen een beeldkwaliteit kunnen bereiken die bijna even goed is als met een natuurlijke richtster. Op die manier kan de theoretische beeldscherpte van de telescoop worden benaderd.
