De Unit Telescope 4 (Yepun) van ESO's Very Large Telescope (VLT) is nu omgevormd tot een volledig adaptieve telescoop. Na meer dan een decennium van plannen, constructie en testen, de nieuwe Adaptive Optics Facility (AOF) heeft het eerste levenslicht gezien met het instrument MUSE, het vastleggen van verbazingwekkend scherpe beelden van planetaire nevels en sterrenstelsels. De koppeling van de AOF en MUSE vormt een van de meest geavanceerde en krachtige technologische systemen die ooit zijn gebouwd voor astronomie op de grond.

De Adaptive Optics Facility (AOF) is een langetermijnproject van ESO's Very Large Telescope (VLT) om een ​​adaptief optisch systeem te leveren voor de instrumenten op Unit Telescope 4 (UT4), de eerste daarvan is MUSE (de Multi Unit Spectroscopic Explorer). Adaptieve optica compenseert het vervagingseffect van de aardatmosfeer, waardoor MUSE veel scherpere beelden kan verkrijgen, wat resulteert in een tweemaal zo groot contrast als voorheen. MUSE kan nu nog zwakkere objecten in het heelal bestuderen.

"Nutsvoorzieningen, ook als de weersomstandigheden niet perfect zijn, astronomen kunnen nog steeds een uitstekende beeldkwaliteit krijgen dankzij de AOF, " legt Harald Kuntschner uit, AOF-projectwetenschapper bij ESO.

Na een reeks tests op het nieuwe systeem, het team van astronomen en ingenieurs werd beloond met een reeks spectaculaire beelden. Astronomen konden de planetaire nevels IC 4406 waarnemen, gelegen in het sterrenbeeld Lupus (De Wolf), en NGC 6369, gelegen in het sterrenbeeld Ophiuchus (De Slangendrager). De MUSE-waarnemingen met behulp van de AOF toonden dramatische verbeteringen in de scherpte van de beelden, onthullende nooit eerder geziene schaalstructuren in IC 4406.

de AOF, die deze waarnemingen mogelijk maakten, bestaat uit vele samenwerkende delen. Ze omvatten de Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) en de zeer dunne vervormbare secundaire spiegel van UT4. De 4LGSF straalt vier 22-watt laserstralen de lucht in om natriumatomen in de bovenste atmosfeer te laten gloeien, het produceren van lichtvlekken aan de hemel die sterren nabootsen. Sensoren in de adaptieve optica-module GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) gebruiken deze kunstmatige gidssterren om de atmosferische omstandigheden te bepalen.

Duizend keer per seconde, het AOF-systeem berekent de correctie die moet worden toegepast om de vorm van de vervormbare secundaire spiegel van de telescoop te veranderen om atmosferische storingen te compenseren. Vooral, GALACSI corrigeert de turbulentie in de atmosfeerlaag tot een kilometer boven de telescoop. Afhankelijk van de voorwaarden, atmosferische turbulentie kan variëren met de hoogte, maar studies hebben aangetoond dat de meeste atmosferische verstoring plaatsvindt in deze "grondlaag" van de atmosfeer.

"Het AOF-systeem is in wezen gelijk aan het zo'n 900 meter hoger in de lucht brengen van de VLT, boven de meest turbulente atmosfeerlaag, " legt Robin Arsenault uit, AOF Projectmanager. "Vroeger, als we scherpere beelden wilden, we hadden een betere locatie moeten vinden of een ruimtetelescoop moeten gebruiken - maar nu met de AOF, we kunnen veel betere omstandigheden creëren waar we zijn, voor een fractie van de prijs!"

De correcties die door de AOF worden toegepast, verbeteren snel en continu de beeldkwaliteit door het licht te concentreren om scherpere beelden te vormen, waardoor MUSE fijnere details kan oplossen en zwakkere sterren kan detecteren dan voorheen mogelijk was. GALACSI biedt momenteel een correctie over een breed gezichtsveld, maar dit is slechts de eerste stap om adaptieve optica naar MUSE te brengen. Een tweede modus van GALACSI is in voorbereiding en zal naar verwachting begin 2018 het eerste licht zien. Deze smalveldmodus corrigeert turbulentie op elke hoogte, waardoor waarnemingen van kleinere gezichtsvelden kunnen worden gemaakt met een nog hogere resolutie.

"Zestien jaar geleden, toen we voorstelden om het revolutionaire MUSE-instrument te bouwen, onze visie was om het te koppelen met een ander zeer geavanceerd systeem, de AOF, " zegt Roland Bacon, projectleider voor MUSE. "Het ontdekkingspotentieel van MUSE, al groot, is nu nog verder verbeterd. Onze droom wordt werkelijkheid."

Een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen van het systeem is het observeren van zwakke objecten in het verre heelal met de best mogelijke beeldkwaliteit, waarvoor belichtingen van vele uren nodig zijn. Joël Vernet, ESO MUSE en GALACSI-projectwetenschapper, commentaar:"In het bijzonder, we zijn geïnteresseerd in het observeren van de kleinste, zwakste sterrenstelsels op de grootste afstanden. Dit zijn sterrenstelsels in de maak - nog in de kinderschoenen - en zijn essentieel om te begrijpen hoe sterrenstelsels ontstaan."

Verder, MUSE is niet het enige instrument dat profiteert van de AOF. In de nabije toekomst, een ander adaptief optisch systeem genaamd GRAAL komt online met het bestaande infraroodinstrument HAWK-I, zijn kijk op het heelal aanscherpen. Later volgt het krachtige nieuwe instrument ERIS.

"ESO stimuleert de ontwikkeling van deze adaptieve optische systemen, en de AOF is ook een pathfinder voor ESO's Extremely Large Telescope, " voegt Arsenault eraan toe. "Werken aan de AOF heeft ons toegerust - wetenschappers, ingenieurs en de industrie - met onschatbare ervaring en expertise die we nu zullen gebruiken om de uitdagingen van het bouwen van de ELT te overwinnen."