Crédito da imagem: UC Berkeley
Os astrônomos da Universidade da Califórnia, Berkeley, se aproveitaram de um sistema de estrelas-guia laser recentemente montado no Observatório Lick da UC para obter imagens nítidas e sem brilho dos discos empoeirados e fracos de estrelas maciças distantes. As imagens mostram claramente que estrelas duas a três vezes maiores que o sol se formam da mesma maneira que estrelas do tipo solar - dentro de uma nuvem esférica em turbilhão que desmorona em um disco, como aquela de onde o sol e seus planetas emergiram.
O feixe de laser amarelo que perfurou o céu sobre o Observatório Lick tornou-se operacional no telescópio Shane de 3 metros no ano passado, expandindo o uso do sistema "espelho de borracha" do telescópio, chamado de óptica adaptativa, para todo o céu noturno. A adição do laser faz do Lick o único observatório a fornecer uma estrela guia do laser para uso rotineiro.
A equipe da UC Berkeley e seus colegas no Centro de Óptica Adaptativa da UC Santa Cruz e no Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) relatam seus resultados na edição de 27 de fevereiro da revista Science.
“O paradigma para estrelas como o nosso sol é o colapso gravitacional de uma nuvem em uma estrela protostar e um disco de acúmulo de panquecas, mas há alguma massa na qual isso não pode funcionar - a luminosidade da estrela se torna suficiente para atrapalhar o disco, e desmorona tão rápido quanto se junta ”, disse James R. Graham, professor de astronomia da UC Berkeley. "Nossos dados mostram que o paradigma do modelo padrão ainda funciona para estrelas duas a três vezes mais massivas que o sol".
"Sem a óptica adaptativa, veríamos apenas uma grande bolha difusa do solo e não conseguiríamos detectar nenhuma das estruturas finas ao redor das fontes", acrescentou o estudante de pós-graduação da UC Berkeley, Marshall D. Perrin. "Nossas observações fornecem forte apoio a uma visão emergente de que estrelas de massa baixa e intermediária se formam de maneira semelhante".
Um sistema de óptica adaptativa, que remove os efeitos de turbulência atmosférica, foi adicionado ao telescópio Lick's Shane em 1996. No entanto, como todos os outros telescópios com óptica adaptativa atualmente, incluindo os telescópios Keck de 10 metros no Havaí, o telescópio Lick teve contar com estrelas brilhantes no campo de visão para fornecer a referência necessária para remover o desfoque. Apenas cerca de um a 10% dos objetos no céu estão suficientemente perto de uma estrela brilhante para que um sistema de estrela-guia “natural” funcione.
O laser de sódio, desenvolvido pelas cientistas Deanna M. Pennington e Herbert Friedman, do LLNL, finalmente completa o sistema óptico adaptável para que os astrônomos possam usá-lo para visualizar qualquer parte do céu, independentemente de uma estrela brilhante estar próxima.
Amarrado ao orifício do telescópio Lick, o laser brilha um feixe estreito cerca de 100 quilômetros através da zona turbulenta para a atmosfera superior, onde a luz do laser estimula átomos de sódio a absorver e reemitir luz da mesma cor. O sódio vem de micrometeoritos que se extinguem e evaporam quando entram na atmosfera da Terra.
O ponto amarelo brilhante criado na atmosfera é equivalente a uma estrela de magnitude 9 - cerca de 40 vezes mais fraca que o olho humano pode ver. No entanto, fornece uma fonte de luz constante tão eficaz quanto uma estrela distante e brilhante.
“Usamos essa luz para medir a turbulência na atmosfera sobre o nosso telescópio centenas de vezes por segundo e, em seguida, usamos essas informações para modelar um espelho flexível especial de tal maneira que quando a luz, tanto do laser quanto do alvo, você é olhando para, rebate, os efeitos da turbulência são removidos ”, disse Claire Max, professora de astronomia e astrofísica na UC Santa Cruz, vice-diretora do Centro de Ótica Adaptativa e pesquisadora do LLNL que trabalha há mais de um ano. 10 anos para desenvolver um sistema em estrela guia a laser.
Em um dos primeiros testes deste sistema, Graham e Perrin ligaram o telescópio a estrelas raras, jovens e massivas, chamadas estrelas Herbig Ae / Be, que são distorcidas do solo e geralmente muito fracas para serem visualizadas pela ótica adaptativa da estrela guia natural. Pensa-se que as estrelas Herbig Ae / Be, com massas entre 1,5 e 10 vezes a do sol e provavelmente com menos de 10 milhões de anos, sejam o começo de estrelas massivas - estrelas que acabarão como as estrelas quentes do tipo A, Sirius e Vega. As estrelas Herbig Ae / Be foram catalogadas anos atrás pelo astrônomo da UC Santa Cruz George Herbig, agora na Universidade do Havaí.
As mais massivas estrelas de Herbig Ae / Be são de grande interesse, porque são as que sofrem explosões de supernovas que semeiam a galáxia com átomos pesados, possibilitando planetas sólidos e até vida. Eles também desencadeiam a formação de estrelas nas nuvens próximas.
O que os astrônomos viram foi muito semelhante à imagem conhecida das estrelas T Tauri, que são os estágios formativos das estrelas até 50% maiores que o nosso Sol e com até 100 milhões de anos. Imagens das duas estrelas Herbig Ae / Be mostram claramente uma linha escura dividindo cada estrela, causada por um disco bloqueando o brilho da estrela e um halo esférico brilhante de poeira e gás envolvendo a estrela e o disco. Em cada estrela, dois jatos de gás e poeira podem surgir dos pólos do disco de acreção.
As duas estrelas, catalogadas como LkH (198 e LkH (233 (fontes Lick de hidrogênio-alfa)), estão a 2.000 e 3.400 anos-luz de distância, respectivamente, em uma região distante da galáxia da Via Láctea.
“O material da nuvem proto-estelar não pode cair diretamente na estrela infantil, então ele primeiro pousa em um disco de acreção e só se move para dentro para cair na estrela depois de perder seu momento angular”, explicou Perrin. “Esse processo de transferência de momento angular, juntamente com a evolução dos campos magnéticos, leva ao lançamento das saídas bipolares. Essas saídas acabam limpando o envelope, deixando uma estrela recém-nascida cercada por um disco de acreção. Ao longo de alguns milhões de anos, o restante do material no disco é acumulado, deixando apenas a jovem estrela para trás. ”
Perrin acrescentou que o Telescópio Espacial Hubble forneceu "imagens muito claras e inequívocas de discos e vazões em torno das estrelas T Tauri", confirmando teorias sobre a formação de estrelas como o nosso sol. Mas, devido à relativa raridade das estrelas Herbig Ae / Be, dados tão claros para essas estrelas estão faltando até agora, disse ele.
Os astrônomos propuseram que estrelas muito massivas se formem a partir da colisão de duas ou mais estrelas ou em uma nuvem turbulenta, diferente do disco de acúmulo em turbilhão. Curiosamente, uma terceira estrela fotografada na mesma noite por Graham e Perrin acabou por ser duas estrelas parecidas com o sol, com uma fita de gás e poeira entre elas, parecendo desconfiada como uma estrela capturando matéria da outra.
Graham espera fotografar estrelas Herbig Ae / Be mais massivas para ver se o modelo padrão de formação estelar se estende a estrelas ainda maiores. As imagens detalhadas das estrelas Herbig Ae / Be devem tanto ao novo sistema de estrelas guia a laser quanto a um polarímetro de imagem infravermelho construído por Perrin e adicionado à câmera infravermelha próxima de Berkeley (IRCAL) já montada no telescópio.
"Sem um polarímetro, a luz das estrelas obscurece amplamente as estruturas ao seu redor", disse Perrin. “O polarímetro separa a luz das estrelas não polarizada da luz dispersa polarizada da poeira circunstelar, o que aumenta a capacidade de detecção dessa poeira. Agora que desenvolvemos essa técnica na Lick, será possível estendê-la aos telescópios Keck de 10 metros à medida que o sistema em estrela guia laser se torne operacional ”.
O polarímetro divide a luz da imagem em suas duas polarizações usando um novo tipo de cristal birrefringente feito de lítio, ítrio e flúor (LiYF4), uma melhoria em relação aos cristais de calcita usados até hoje.
Muitos outros grupos estão desenvolvendo lasers para serem usados como estrelas-guia, mas o grupo de Max está à frente de seus concorrentes desde que demonstrou o conceito pela primeira vez no início dos anos 90 em Livermore. Desde então, ela e seus colegas aperfeiçoam o laser e o software que permite que o espelho - no caso do telescópio de 120 polegadas da Lick, um espelho secundário de 3 polegadas dentro do telescópio principal - seja flexionado exatamente para remover o brilho estrelas.
O laser de 11 a 12 watts é um laser de corante de sódio sintonizado com a frequência que excitará os átomos de sódio frios na atmosfera. O laser de tintura é bombeado por um laser YAG de neodímio verde, um irmão maior dos ponteiros a laser de miliwatt verde prontamente disponíveis.
"A razão pela qual agora podemos fazer ciência com o sistema estrela guia a laser é que sua confiabilidade e usabilidade são muito melhoradas", disse Graham. "O laser abre a óptica adaptativa para uma comunidade muito maior".
"Acho que vai ser um instrumento de cavalo de batalha na Lick", acrescentou Max. “O próprio laser e o hardware do sistema de óptica adaptativa são bastante estáveis e robustos. O que vai acontecer agora é que as pessoas vão fazer astronomia com isso, vão desenvolver novas técnicas para observá-lo, experimentá-lo em novos tipos de objetos. Da maneira típica, um bom astrônomo virá e fará coisas com seu instrumento que você nunca imaginou. ”
Max e seus colegas testaram um sistema idêntico de guia a laser nos telescópios Keck, no Havaí, mas ele ainda não está pronto para uso rotineiro, disse ela.
"O Keck está usando a mesma tecnologia que temos na Lick", disse Max. “Espero ver essa tecnologia geral usada na maioria dos telescópios, mas com diferentes tipos de lasers. As pessoas estão inventando novos tipos de lasers para a direita e para a esquerda, então acho que esse jogo ainda precisa ser resolvido. ”
Outros autores do artigo da Science, além de Graham, Perrin, Max e Pennington, são afiliados ao Centro de Ótica Adaptativa da National Science Foundation, centrado na UC Santa Cruz: o astrônomo assistente de pesquisa Paul Kalas, da UC Berkeley, James P. Lloyd, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, Donald T. Gavel do Laboratório de Óptica Adaptativa da UC Santa Cruz e Elinor L. Gates do Observatório da UC / Observatório Lick.
As observações e o desenvolvimento da estrela guia do laser foram financiados pela National Science Foundation e pelo Departamento de Energia dos EUA.
Fonte original: Comunicado de imprensa da UC Berkeley
