1 Alta Resolución Angular en Observaciones AstronómicasRemy Avila Centro de Radioastronomía y Astrofísica UNAM Morelia
2 Para qué la Alta Resolución Angular?Onda plana N : Turbulencia óptica Onda corrugada HST WHT 0.05 ’ ’ ~1 ’ ’ SN 1987A F-Ciencias
3 Nociones de Frente de OndaCampo eléctrico en 2-D: Frente de onda: superficie de fase constante, a t dado Frente de onda esférico: Fuente puntual, cercana. Rayos divergentes. Frente de onda plano: Fuente puntual, al infinito. Rayos paralelos F-Ciencias
4 Resolución de un Telescopio PerfectoFuente puntual Alejandro Matías En la pupila: Frente de onda plano En el plano focal: imagen de la fuente Para l=0.5 micras y D=2m d=0.05 ’’ l d ~ D F-Ciencias
5 Poder de Separación Para resolver dos objetos puntuales, éstos deben estar separados por al menos la resolución del telescopio d d F-Ciencias
6 Un Telescopio en la TierraMedio interestelar El sistema óptico de un telescopio debe considerar el medio por donde viaja la radiación. Telescopio Atmósfera terrestre F-Ciencias
7 Qué pasa en la Atmósfera Terrestre ?Frente de onda es proporcional al índice de refracción del aire: f (r) deja de ser plano si el índice de refracción varía: n =
8 Fluctuaciones Turbulentas de TSe requiere: Turbulencia dinámica (fluctuación de velocidad) + Gradiente vertical de temperatura Turbulencia dinámica 9 NO Altitud (km) SI NO 6 CT2 q Ri Intensidad de la turbulencia de temperatura Numero de Richardson: indicador de turbulencia dinámica Temperatura potencial: toma en cuenta la estratificación de la presión F-Ciencias
9 Capas Finas de Turbulencia Óptica20 15 Espesor típico de las capas: 10 m Altitud (km) 5 10-16 CN2 ( m-2/3 ) F-Ciencias
10 Deformación del Frente de OndaFrente de onda deformado Aberraciones de los espejos -> Deformaciones muy lentas (10s) Turbulencia atmosférica -> Deformaciones aleatorias y rápidas (10ms) 1 ms de exposición Motas o “speckles” Algunos segundos de exposición “seeing” e ~ 1’’ Imágenes instantaneas: Imagen de largo tiempo de exposición: Alejandro Matías l D e ~ 1’’ F-Ciencias
11 Óptica Activa y Óptica AdaptativaCorrige deformaciones lentas (flexiones de los espejos por gradientes de temperatura y por gravedad). Actuadores ejercen fuerza sobre el espejo primario. Ciclos del orden de 10s o más. Óptica Adaptativa: Corrige deformaciones rápidas (turbulencia atmosférica) Actuadores adaptan la forma de un pequeño espejo terciario Ciclos del orden de 10ms. F-Ciencias
12 El Sueño de Babcock A finales de los 60´s, Babcock publicó la idea de compensar las deformaciones del frente de onda. Era casi ciencia ficción en aquel tiempo. F-Ciencias
13 Concepto de Óptica AdaptivaEntre más actuadores, más frecuencias espaciales altas se logran corregir. Entre más actuadores, más rápido debe ser el ciclo sensar-corregir, porque las fecuencias espaciales altas varían más rápido que las bajas. Duración del ciclo: ~ 10 ms Entre más corta es l, más actuadores y mayor velocidad de ciclo se requieren. F-Ciencias
14 Sensor de Frente de OndaCada lentecita esta asociada a una pequeña porción del frente de onda que llega al telescopio Se mide la posición de la imagen dada por cada lentecita. Esto indica la pendiente local del frente de onda. El tiempo de exposición para sensar el frente de onda es del orden de 1 ms ! F-Ciencias
15 Cómo se Observa con Óptica AdaptivaEstrella de referencia: Se mide el frente de onda con una estrella puntual, brillante. La estrella de referencia debe estar dentro del ángulo isoplanatico. Esto condiciona las zonas del cielo obervable. El tiempo de exposición del sensor de frente de onda impone una magnitud limite. F-Ciencias
16 Ejemplo de Resultados F-Ciencias
17 Ejemplo de Resultados F-Ciencias
18 Mejor que el Telescopio Espacial?F-Ciencias
19 Ejemplos de Resultados AstronómicosSatélites de Jupiter: Io y Europa l =2.3 micras Telescopio: CFHT (3.6 m) Intrumento:UH AO Emisión térmica de volcanes en IO F-Ciencias
20 Ejemplos de Resultados AstronómicosNeptuno CON Óptica adaptiva SIN Óptica adaptiva Banda J Telescopio: Keck (10 m) 1’’ Tormenta intensa F-Ciencias
21 Ejemplos de Resultados AstronómicosGG Tau : Estella binaria joven, con discos circunestelares y un disco circunbinario. Primera imagen de este tipo. Banda J Telescopio: CFHT (3.6m) Intrumento:UH AO Separación de la binaria: 0.25’’ Roddier et al. 1996 F-Ciencias
22 Ejemplos de Resultados AstronómicosCentro Galáctico. l = 2.2 micras Telescopio: KECK (10 m) Resolución: 0.06’’ F-Ciencias
23 RadiointerferometríaComo un telescopio con pupila en Y. Resolución dada por la separación máxima. Ejemplo: para l=7 mm y B= 36 km, e=0.04 ’’ El plano de la pupila se va llenando gracias a la rotación de la Tierra. VLA Hasta 36 km F-Ciencias
24 Fluctuaciones de Vapor de AguaRecordemos: en l milimétrica, DH DN Df Tropósfera: < 5 km F-Ciencias
25 Un método para corregir la faseHH47 q h qh v El error depende de: qh + v Dt F-Ciencias
26 Ejemplo de Resultados AstronómicosL1551 (en Tauro) : Sistema binario de discos protoplanetarios. Primera evidencia directa. l = 7 mm Emisión de polvo. Interferómetro: VLA linea de base mayor: 36 km Resolución: 0.05 ’’ Discos resueltos. Rodríguez et al., Nature 1998 F-Ciencias
27 ¿Cómo andamos de tiempo?F-Ciencias
28 Pilón: Espejo de 8m de DiámetroTelescopio Gemini Espejo delgado. Precisión: 0.01 micras F-Ciencias
29 Pilón: Interferometría ÓpticaTelescopios VLT Diámetro: 8m monolítico Lugar: Paranal (Chile) 4 telescopios. Interferometría F-Ciencias
30 Pilón: Otro InterferómetroTelescopios Keck Diámetro: 10m segmentado Lugar: Mauna Kea (Hawaii) 2 telescopios. F-Ciencias
31 Pilón: Grandes Telescopios ModernosTelescopios Keck Segmentos hexagonales F-Ciencias
32 Pilón: Gran Telescopio CanarioTelescopio GTC Diámetro: 10m segmentado En construcción México participa F-Ciencias
33 Grandes Telescopios del FuturoTelescopios en proyecto: OWL: Europeo, 100m GSMT: Americano, 50m CELT: Estadounidense, 30m ... Todos segmentados, y Planeados para la 2da década Del siglo. México ya participa en la Selección del sitio. F-Ciencias
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