Alta Resolución Angular en Observaciones Astronómicas

Presentación del tema: "Alta Resolución Angular en Observaciones Astronómicas"— Transcripción de la presentación:

1 Alta Resolución Angular en Observaciones Astronómicas
Remy 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 Onda
Campo 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 Perfecto
Fuente 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 Tierra
Medio 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 = <n> + Dn(x,y,z) Temperatura Humedad Dn ~ (n / T) DT (n / H) DH Domina en el óptico Domina en Radio Esquema a retener: DT Dn Df o DH F-Ciencias

8 Fluctuaciones Turbulentas de T
Se 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 Óptica
20 15 Espesor típico de las capas: 10 m Altitud (km) 5 10-16 CN2 ( m-2/3 ) F-Ciencias

10 Deformación del Frente de Onda
Frente 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 Adaptativa
Corrige 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 Adaptiva
Entre 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 Onda
Cada 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 Adaptiva
Estrella 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 Astronómicos
Satélites 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 Astronómicos
Neptuno CON Óptica adaptiva SIN Óptica adaptiva Banda J Telescopio: Keck (10 m) 1’’ Tormenta intensa F-Ciencias

21 Ejemplos de Resultados Astronómicos
GG 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 Astronómicos
Centro Galáctico. l = 2.2 micras Telescopio: KECK (10 m) Resolución: 0.06’’ F-Ciencias

23 Radiointerferometría
Como 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 Agua
Recordemos: en l milimétrica, DH  DN  Df Tropósfera: < 5 km F-Ciencias

25 Un método para corregir la fase
HH47 q h qh v El error depende de: qh + v Dt F-Ciencias

26 Ejemplo de Resultados Astronómicos
L1551 (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 Diámetro
Telescopio Gemini Espejo delgado. Precisión: 0.01 micras F-Ciencias

29 Pilón: Interferometría Óptica
Telescopios VLT Diámetro: 8m monolítico Lugar: Paranal (Chile) 4 telescopios. Interferometría F-Ciencias

30 Pilón: Otro Interferómetro
Telescopios Keck Diámetro: 10m segmentado Lugar: Mauna Kea (Hawaii) 2 telescopios. F-Ciencias

31 Pilón: Grandes Telescopios Modernos
Telescopios Keck Segmentos hexagonales F-Ciencias

32 Pilón: Gran Telescopio Canario
Telescopio GTC Diámetro: 10m segmentado En construcción México participa F-Ciencias

33 Grandes Telescopios del Futuro
Telescopios 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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