Primeira luz para Infraestrutura de Óptica Adaptativa de vanguarda

A junção da AOF com o MUSE proporciona uma maior nitidez e um maior alcance dinâmico quando observamos objetos celestes como nebulosas planetárias. Estas novas observações de IC 4406 revelaram cascas nunca antes vistas, além das já familiares estruturas escuras de poeira na nebulosa, as quais lhe renderam o nome de Nebulosa da Retina.Esta imagem mostra uma pequena fração dos dados coletados pelo MUSE usando o sistema AOF e demonstra as capacidades aumentadas do novo instrumento MUSE equipado com a AOF. Crédito:ESO/J. Richard (CRAL)

O Telescópio Principal 4 (Yepun) do Very Large Telescope do ESO (VLT) acaba de ser transformado num telescópio completamente adaptativo. Após mais de uma década de planejamento, construção e testes, a nova Infraestrutura de Óptica Adaptativa (AOF) viu sua primeira luz com o instrumento MUSE, tendo capturado imagens extraordinariamente nítidas de nebulosas planetárias e galáxias. A junção da infraestrutura com o MUSE constitui um dos sistema tecnológicos mais avançados e poderosos construídos até hoje para a astronomia terrestre. A Infraestrutura de Óptica Adaptativa (sigla do inglês, AOF) é um projeto de longo prazo para o Very Large Telescope do ESO (VLT), que pretende fornecer um sistema de óptica adaptativa para os instrumentos montados no Telescópio Principal 4, sendo o MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) o primeiro deles. A óptica adaptativa trabalha para compensar os efeitos de distorção da atmosfera terrestre, permitindo assim ao MUSE obter imagens muito mais nítidas e com um contraste duas vezes melhor do que anteriormente. O MUSE pode agora estudar objetos do Universo ainda mais fracos. “Agora, e mesmo com condições atmosféricas não ideais, os astrônomos podem obter imagens de extrema qualidade graças à AOF,” explica Harald Kuntschner, Cientista de Projeto da AOF no ESO.  

Na sequência de uma quantidade de testes feitos no sistema, a equipe de astrônomos e engenheiros viu o seu trabalho recompensado com uma série de belas imagens. Os astrônomos conseguiram observar as nebulosas planetárias IC 4406, situada na constelação do Lobo, e NGC 6369, situada na constelação do Serpentário (ou Ofiúco). As observações do MUSE obtidas com a AOF mostraram enormes melhorias na nitidez das imagens, revelando estruturas em concha nunca antes observadas em IC 4406.

A nebulosa planetária NGC 6369 vista com seeing natural (à esquerda) e quando a AOF é utilizada para corrigir a turbulência na atmosfera (à direita). A AOF produz imagens muito mais nítidas dos objetos celestes, dando-nos acesso a estruturas muito mais fracas e detalhadas. Crédito:ESO/P. Weilbacher (AIP)

A AOF, que tornou possíveis estas observações, é composta por muitas partes que trabalham em conjunto, incluindo a Infraestrutura de Quatro Estrelas Guia Laser (4LGSF) e o espelho secundário deformável muito fino do Telescópio Principal 4. A 4LGSF lança raios laser de 22 Watts para o céu, fazendo brilhar os átomos de sódio que existem na atmosfera superior e produzindo pontos de luz no céu que imitam estrelas. Sensores no módulo de óptica adaptativa GALACSI(Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) usam estas estrelas artificiais para determinar as condições da atmosfera. O sistema AOF calcula mil vezes por segundo as correções que devem ser aplicadas para alterar a forma do espelho secundário deformável do telescópio, de modo a compensar os distúrbios atmosféricos. Em particular, o GALACSI corrige a turbulência existente na camada atmosférica que se estende até um quilômetro acima do telescópio. A turbulência atmosférica varia com a altitude, dependendo das condições, no entanto estudos mostram que a maioria dos distúrbios atmosféricos ocorrem nesta primeira camada da atmosfera. 

“O que o sistema AOF faz é essencialmente equivalente a elevarmos o VLT 900 metros no ar, “colocando-o” acima da camada mais turbulenta da atmosfera,” explica Robin Arsenault, Gestor de Projeto da AOF. “No passado, se quiséssemos obter imagens mais nítidas, teríamos que encontrar um sítio melhor ou usar um telescópio espacial — mas agora com a AOF, podemos criar condições muito melhores onde quer que estejamos, por uma fração do custo!”

As correções rápidas e contínuas aplicadas pela AOF melhoram a qualidade da imagem ao concentrarem a luz, que forma imagens mais nítidas e permite ao MUSE resolver detalhes mais minuciosos e detectar estrelas mais fracas do que anteriormente possível. Atualmente, o GALACSI corrige um grande campo de visão, mas este é apenas o primeiro passo para levar a óptica adaptativa ao MUSE. Está sendo preparado um segundo modo do GALACSI, com a primeira luz prevista para o início de 2018. Este modo de campo estreito corrigirá a turbulência a qualquer altitude, permitindo observar campos menores com ainda mais resolução.

A Infraestrutura de Óptica Adaptativa opera de modo a remover o efeito de distorção da atmosfera terrestre. Quando utilizada, podemos observar estruturas muito mais detalhadas na tênue nebulosa planetária NGC 6563 do que nas imagens obtidas com a qualidade natural do céu. Crédito: ESO/P. Weilbacher (AIP)

“Há dezesseis anos, quando propusemos a construção do revolucionário instrumento MUSE, a nossa ideia era acoplá-lo com outro sistema muito avançado, a AOF,” diz Roland Bacon, Líder de Projeto do MUSE. “O potencial de descobertas do MUSE, que em si mesmo já é enorme, aumentou agora ainda mais. O nosso sonho está se tornando realidade. Um dos objetivos científicos principais do sistema é observar objetos tênues no Universo longínquo com a melhor qualidade de imagem possível, o que requer tempos de exposição de muitas horas. Joël Vernet, Cientista de Projeto do MUSE e do GALACSI no ESO, comenta: “Em particular, estamos interessados em observar as galáxias menores e mais fracas que se encontram às maiores distâncias. Tratam-se de galáxias em formação — ainda na sua primeira infância — que são cruciais para a compreensão da formação galáctica.”

O MUSE não será o único instrumento a se beneficiar da AOF. Num futuro próximo, outro sistema de óptica adaptativa chamado GRAAL ficará disponível com o instrumento infravermelho HAWK-I, tornando mais nítida a sua visão do Universo. E em seguida virá um novo instrumento muito poderoso, ERIS.

“O ESO lidera o desenvolvimento destes sistemas de óptica adaptativa, sendo a AOF também um precursor para o Extremely Large Telescope do ESO,” acrescenta Arsenault. “Trabalhar na AOF deu aos cientistas, engenheiros e indústria experiências valiosas e competências que usaremos agora para ultrapassar os desafios que a construção do ELT nos lançará.”