El Demostrador de Óptica Adaptativa Multi-Conjugada (MAD) logró su “primera luz” en el Telescopio Melipal del Very Large Telescope (VLT) de ESO en Cerro Paranal. MAD permitió por primera vez a los científicos corregir el efecto de la turbulencia atmosférica en un campo de visión amplio. El debut de este instrumento abre grandes perspectivas para los Telescopios Extremadamente Grandes como el futuro ELT europeo.
(24 Abril, 2007 ESO - CA)
Los telescopios ubicados en la superficie de la Tierra deben mirar al universo a través de la atmósfera. Esta capa, siempre en movimiento, que hace titilar a las estrellas para el deleite de poetas y escritores, frustra a los astrónomos, pues van imágenes borrosas.
Las técnicas de Óptica Adaptativa (OA) ha logrado corregir este problema para que el telescopio produzca imágenes más nítidas, similares a las que se pueden obtener desde el espacio. Los sistemas de Óptica Adaptativa funcionan mediante un espejo deformable controlado por computador, que contrarresta la distorsión de la imagen causada por la turbulencia atmosférica moviéndose al mismo tiempo que lo hace la atmósfera.
Esta técnica se basa en correcciones ópticas en tiempo real, computadas a partir de datos de imágenes obtenidas por un ‘sensor de frente de onda’ (una cámara especial) a una velocidad muy alta. El concepto no es nuevo. Ya en 1989, el primer sistema de Óptica Adaptativa construido para la Astronomía (llamado "COME-ON") fue instalado en el telescopio de 3,6 metros en el Observatorio de ESO en La Silla, como fruto precoz de una exitosa colaboración entre ESO y los institutos franceses de investigación ONERA y el Observatorio de París.
Hace diez años, ESO inició un programa de Óptica Adaptativa para responder a las necesidades de su principal proyecto, el VLT. Hoy, el Observatorio Paranal es sin duda uno de los más avanzados en su tipo en relación a OA, con 7 sistemas instalados actualmente: NACO, SINFONI, CRIRES y cuatro sistemas OA para el modo interferométrico del VLT.
Los actuales sistemas de OA pueden únicamente corregir el efecto de la turbulencia atmosférica en una región relativamente pequeña del cielo, normalmente 15 arcosegundos, degradándose la corrección muy rápidamente al alejarse del eje central.
Una nueva tecnología han permitido superar esta limitación, es la óptica adaptativa multi-conjugada (MCAO). Hacia fines del 2003, ESO junto a otros socios en Italia y Portugal, iniciaron el desarrollo de un Demostrador MCAO, conocido como MAD.
"El objetivo de MAD es comprobar la viabilidad y desempeño de las nuevas técnicas de óptica adaptativa, tales como MCAO, diseñadas para trabajar en grandes campos de visión y servir como una potente herramienta de prueba en la comprensión de algunos de los asuntos críticos que determinarán el desarrollo de futuros instrumentos, tanto para VLT como para los Telescopios Extremadamente Grandes”, explicó Norbert Hubin, a cargo del grupo OA en ESO.
MAD es un sistema de óptica adaptativa de generación avanzada, capaz de compensar la distorsión de la turbulencia atmosférica en un campo mayor de visión del cielo. Puede corregir exitosamente un campo de visión de 1-2 arcominutos (1/20 partes de la Luna), mucho más grande que los aproximadamente 15 arcosegundos (1/120 partes de la Luna) que ofrecen las instalaciones actuales de óptica adaptativa.
MAD fue totalmente desarrollado y caracterizado extensivamente por ESO, utilizando un generador de turbulencia dedicado (MAPS – Multi Atmospheric Phase Screens and Stars) capaz de reproducir en el laboratorio la evolución temporal y la estructura vertical de la turbulencia observada en el Observatorio.
MAD fue luego desarmado y embarcado hasta Paranal para su re-integración en el foco Visitante Nasmyth del telescopio Melipal del VLT. La integración demoró aproximadamente un mes, con lo cual el sistema quedó listo para pruebas con luz diurna y su caracterización adicional.
“La noche del 25 de Marzo, pudimos cerrar con éxito el primer ciclo de corrección de MCAO sobre el cúmulo abierto NGC 3293”, comentó Enrico Marchetti, Director de Proyecto MAD. “El comportamiento del sistema resultó muy estable y las operaciones de adquisición y de cierre del ciclo de corrección resultaron expeditas y uniformes”.
Imagen: Las cajas muestran tres imágenes de un sector de 14 arcsegundos de un área del centro del cúmulo globular Omega Centauri, tomadas con diferentes técnicas de Óptica Adaptiva. De izquierda a derecha: Sin OA, Single Conjugate OA /SCOA) y Multi-Conjugate OA. SCOA casi no muestra mejoras en la imagen, en cambio con MCAO se logra una mejora importante.
Luego de chequeos de rutina a la estabilidad del ciclo de corrección y escaneos preliminares a los parámetros del sistema, el telescopio se apuntó a Omega Centauro, una región muy poblada del cielo.
Se seleccionaron tres estrellas de magnitud 11 (relativamente brillantes para un telescopio) para la detección del frente de ondas, dentro de un círculo de aproximadamente 1,5 arcominutos de diámetro, y el ciclo de corrección de MCAO se cerró exitosamente. Se realizarán observaciones a Omega Centauro durante varias noches adicionales a fin de comprobar la corrección con OA bajo diferentes condiciones de visión.
“Este es un logro inmenso que abre nuevas perspectivas en la era de los telescopios extremadamente grandes”, explicó Catherine Cesarsky, Directora General de ESO. “Estoy muy orgullosa del personal de ESO y quisiera felicitar a todos los participantes por su hazaña”, agregó Cesarsky.
Las imágenes captadas por MAD muestran perfectamente la validez del concepto. La calidad de imagen resultó prácticamente uniforme en todo el campo de visión y la corrección de la turbulencia atmosférica fue espléndida.
Información adicional
El Demostrador de Óptica Adaptativa Multi-Conjugada (MAD) fue construido por ESO en colaboración con los observatorios astronómicos de Arcetri y Padua (Italia) y la Facultad de Ciencias de la Universidad de Lisboa (Portugal), como precursor de la segunda generación de instrumentos del VLT y para el Telescopio Extremadamente Grande de Europa.
La técnica MCAO se basa en medir la turbulencia atmosférica en un gran volumen de la atmósfera por medio de diversos sensores de frente de ondas que apuntan a diferentes ubicaciones en el campo de visión observado. Luego se corrige la distorsión atmosférica por medio de varios espejos deformables, conjugados ópticamente a diferentes altitudes en la atmósfera sobre el telescopio.
Las señales entregadas por los sensores de frente de onda se reconstruyen para generar información precisa sobre la estructura vertical de la turbulencia atmosférica y luego se recombinan óptimamente para lograr la mejor corrección con los espejos deformables ubicados en el sistema de OA. Como los sensores de frente de onda apuntan en diferentes direcciones dentro del campo de visión, la corrección resultante luego se optimiza y maximiza homogéneamente. MAD utiliza dos espejos deformables, conjugados ópticamente a 0 y 8,5 kilómetros sobre el telescopio.
