«Лазерные звезды» в технологии адаптивной оптики для астрономических наблюдений.

Технология адаптивной оптики позволяет компенсировать атмосферные помехи и существенно улучшить качество изображений, получаемых астрономическими инструментами. Тем не менее, она имеет существенные ограничения, связанные с тем, что для наблюдений необходимо наличие в поле зрения звезды точечного объекта, позволяющего непрерывно контролировать и компенсировать атмосферные искажения.

Новая методика адаптивной оптики с использованием лазерной звезды гидирования (Laser Guide Star Adaptive Optics, LGS-AO), в которой используется искусственно создаваемая лазером звезда, позволила улучшить качество изображений в четыре-пять раз по сравнению с адаптивной оптикой на базе естественных звезд, доведя его практически до теоретически возможного дифракционного предела. Одновременно астрономам удалось значительно повысить поле зрения. Использование новой системы на 10-метровом телескопе обсерватории Кек на Гавайях для наблюдений центра Галактики дало возможность получить гораздо более детальные и информативные, чем было возможно прежде, даже с использованием «классических» адаптивных систем, изображения района созвездия Стрельца, в котором расположен центр Галактики.

В основе технологии LGS-AO — использование свойств слоя атомов натрия толщиной 5–10 км, расположенного на высоте около 90 км над поверхностью Земли. При их насыщении лазером с соответствующей длиной волны они начинают излучать свет — в нужной точке на небесной сфере зажигается «звезда», позволяющая корректировать атмосферные помехи. При мощности лазера 10–14 Вт яркость искусственной звезды гидирования составляет 9,5–11 звездных величин.

Изображения центра Галактики были получены на 10-метровом телескопе обсерватории Кек в июле 2004 года с помощью искусственной звезды, создаваемой при помощи импульсного твердотельного лазера мощностью 14 Вт, настроенного на длину волны 589 нм, соответствующей энергии перехода между уровнями Na. Яркость искусственной звезды соответствовала 11,4 звездной величины и в ходе экспозиции менялась не больше, чем на 5%. Поле зрения составило размер 76х76 угловых секунд — при использовании обычной адаптивной оптики поле зрения не превышает обычно 13,5 угловых секунд.

«Все стало намного яснее, — сказала Андреа Гез (Andrea Ghez), профессор физики и астрономии Калифорнийского университета (UCLA). — Лазер позволил нам «улучшить зрение» телескопа. Это огромный шаг вперед, который поможет нам лучше понять физику черных дыр и особенности среды, их окружающей. Это подобно тому, как лазерная хирургия улучшает зрение, и произведет революцию в методах астрономических наблюдений».

Ученым удалось непосредственно, а не по косвенным данным, оценить расстояние до центра нашей Галактики. Для этого использовались как изображения региона, полученные с помощью системы адаптивной оптики, так и данные о движениях звезд в этой области. Вывод о наличии в центре Галактики сверхмассивной (3,6 млн. масс Солнца) черной дыры был сделан ранее на основе анализа движения звезд в ее окрестностях. Новые наблюдения позволили выделить слабые спектральные линии поглощения и показать, что на чрезвычайно малом — менее 2 тыс. астрономических единиц — расстоянии от центральной черной дыры расположена молодая (возраст менее 10 млн. лет) звезда класса ОВ. Согласно современным представлениям, ее там просто не может быть. Аналогичная «гирлянда» из звезд была обнаружена вблизи центра галактики Андромеды. Очевидно, новые открытия, наряду с другими, приведут к существенному пересмотру наших представлений о природе мироздания.

Возможности систем адаптивной оптики позволяют уже сейчас довести качество изображений, получаемых c помощью земных астрономических инструментов, до уровня, позволяющего им конкурировать с космическими телескопами.