Alta Resolución Angular en Observaciones Astronómicas Remy Avila http://www.astrosmo.unam.mx/~r.avila Centro de Radioastronomía y Astrofísica UNAM Morelia

Para qué la Alta Resolución Angular? Onda plana N : Turbulencia óptica Onda corrugada HST WHT 0.05  ’ ’ ~1  ’ ’ SN 1987A F-Ciencias 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

Poder de Separación Para resolver dos objetos puntuales, éstos deben estar separados por al menos la resolución del telescopio d d F-Ciencias 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

Capas Finas de Turbulencia Óptica 20 15 Espesor típico de las capas: 10 m Altitud (km) 5 10-16 6.10-16 CN2 ( m-2/3 ) F-Ciencias 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

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 22-05-03

Ejemplo de Resultados F-Ciencias 22-05-03

Ejemplo de Resultados F-Ciencias 22-05-03

Mejor que el Telescopio Espacial? F-Ciencias 22-05-03

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 http://www.ifa.hawaii.edu/ao/ F-Ciencias 22-05-03

Ejemplos de Resultados Astronómicos Neptuno CON Óptica adaptiva SIN Óptica adaptiva Banda J Telescopio: Keck (10 m) 1’’ Tormenta intensa http://www2.keck.hawaii.edu:3636/realpublic/ao/ao.html F-Ciencias 22-05-03

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 http://www.ifa.hawaii.edu/ao/ F-Ciencias 22-05-03

Ejemplos de Resultados Astronómicos Centro Galáctico. l = 2.2 micras Telescopio: KECK (10 m) Resolución: 0.06’’ http://www2.keck.hawaii.edu:3636/realpublic/ao/ao.html F-Ciencias 22-05-03

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 22-05-03

Fluctuaciones de Vapor de Agua Recordemos: en l milimétrica, DH  DN  Df Tropósfera: < 5 km F-Ciencias 22-05-03

Un método para corregir la fase HH47 q h qh v El error depende de: qh + v Dt F-Ciencias 22-05-03

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 http://www.astrosmo.unam.mx/~luisfr/ F-Ciencias 22-05-03

¿Cómo andamos de tiempo? F-Ciencias 22-05-03

Pilón: Espejo de 8m de Diámetro Telescopio Gemini Espejo delgado. Precisión: 0.01 micras F-Ciencias 22-05-03

Pilón: Interferometría Óptica Telescopios VLT Diámetro: 8m monolítico Lugar: Paranal (Chile) 4 telescopios. Interferometría F-Ciencias 22-05-03

Pilón: Otro Interferómetro Telescopios Keck Diámetro: 10m segmentado Lugar: Mauna Kea (Hawaii) 2 telescopios. F-Ciencias 22-05-03

Pilón: Grandes Telescopios Modernos Telescopios Keck Segmentos hexagonales F-Ciencias 22-05-03

Pilón: Gran Telescopio Canario Telescopio GTC Diámetro: 10m segmentado En construcción México participa F-Ciencias 22-05-03

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 22-05-03

Anuncios Tesis (Lic., Maestría, Doctorado) en el CRyA MORELIA: Turbulencia atmosférica Formacion Estelar: Radioastronomía Astrofísica observacional Astrofisica Teórica Maestría en Ciencias (Astronomía) en el CRyA MORELIA F-Ciencias 22-05-03