Για πρώτη φορά στην ιστορία, οι αστρονόμοι κατάφεραν να αποτυπώσουν την πιο καθαρή και λεπτομερή εικόνα ενός μακρινού άστρου χωρίς τη χρήση πολλαπλών τηλεσκοπίων, αλλά μόνο με ένα. Πίσω από αυτό το τεχνολογικό άλμα βρίσκεται μια συσκευή με το ποιητικά τεχνικό όνομα photonic lantern, ένα καινοτόμο οπτικό εργαλείο που διαχωρίζει το φως των άστρων σε πολλαπλά κανάλια, αποκαλύπτοντας λεπτομέρειες που μέχρι τώρα χάνονταν μέσα στη θολούρα του Διαστήματος.
Η έρευνα κατάφερε να καταγράψει με ασύγκριτη ακρίβεια τον δίσκο του άστρου beta Canis Minoris (β CMi), περίπου 162 έτη φωτός μακριά, στον αστερισμό του Μικρού Κυνός. Πρόκειται για ένα γρήγορα περιστρεφόμενο άστρο, περιτριγυρισμένο από έναν ασύμμετρο δίσκο υδρογόνου, μια δομή που κανένα τηλεσκόπιο δεν είχε καταφέρει να αποκαλύψει με τέτοια ευκρίνεια έως σήμερα.
Η καινοτομία δεν βρίσκεται τόσο στο τηλεσκόπιο, όσο στον τρόπο που αξιοποιείται το φως του. Αντί να συνδεθούν πολλαπλά τηλεσκόπια για να πετύχουν υψηλή ανάλυση —όπως συμβαίνει παραδοσιακά— η ομάδα του UCLA χρησιμοποίησε μια ειδικά σχεδιασμένη οπτική ίνα, το photonic lantern. Αυτή η συσκευή χωρίζει το εισερχόμενο φως ανάλογα με τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις του κύματός του, κρατώντας πληροφορίες που διαφορετικά θα χάνονταν.
«Συνήθως η μέγιστη λεπτομέρεια στις αστρονομικές εικόνες επιτυγχάνεται μόνο συνδέοντας πολλά τηλεσκόπια. Εμείς όμως το πετύχαμε με ένα μόνο, τροφοδοτώντας το φως του σε μια οπτική ίνα ειδικής σχεδίασης», εξηγεί η Yoo Jung Kim, υποψήφια διδάκτορας στο UCLA και πρώτη συγγραφέας της μελέτης. «Το photonic lantern μας επέτρεψε να ανασυνθέσουμε μια εξαιρετικά λεπτομερή εικόνα του δίσκου γύρω από το άστρο»
Η συσκευή λειτουργεί ουσιαστικά σαν ένας οπτικός διαχωριστής: αναλύει το φως του άστρου σε πολλές αποχρώσεις. Ταυτόχρονα, διαχωρίζει και τα χρώματα του φωτός, δημιουργώντας ένα φάσμα που μοιάζει με ουράνιο τόξο. Η ανάπτυξη της ήταν αποτέλεσμα διεθνούς συνεργασίας: σχεδιάστηκε από το University of Sydney και το University of Central Florida, ενώ ενσωματώθηκε στο σύστημα FIRST-PL που ηγήθηκε το Paris Observatory σε συνεργασία με το University of Hawai’i. Το σύστημα εγκαταστάθηκε στο Subaru Telescope στη Χαβάη, ένα από τα πιο προηγμένα τηλεσκόπια του πλανήτη.
«Αυτό που με ενθουσιάζει περισσότερο είναι ότι η συσκευή συνδυάζει την αιχμή της φωτονικής τεχνολογίας με τη μηχανική ακρίβεια που αναπτύχθηκε εδώ στη Χαβάη», αναφέρει ο Sebastien Vievard από το University of Hawai’i. «Είναι ένα παράδειγμα για το πώς η διεθνής συνεργασία μπορεί να αλλάξει κυριολεκτικά τον τρόπο που βλέπουμε το Σύμπαν».
Κάθε τηλεσκόπιο έχει ένα θεμελιώδες όριο: το λεγόμενο όριο διάθλασης, δηλαδή τη μέγιστη λεπτομέρεια που μπορεί να αποτυπώσει λόγω της κυματικής φύσης του φωτός. Η νέα μέθοδος ξεπερνά αυτό το όριο, επιτρέποντας εικόνες με μεγαλύτερη ανάλυση από ό,τι ήταν μέχρι τώρα εφικτό.
«Για ένα τηλεσκόπιο συγκεκριμένου μεγέθους, υπάρχει ένα φυσικό όριο στο πόσο λεπτές λεπτομέρειες μπορεί να δει», εξηγεί ο Michael Fitzgerald, καθηγητής Φυσικής και Αστρονομίας στο UCLA. «Η χρήση του photonic lantern μάς επιτρέπει να ωθήσουμε αυτό το όριο πιο πέρα».
Η ομάδα αντιμετώπισε, ωστόσο, ένα κλασικό πρόβλημα: την ατμόσφαιρα της Γης. Οι αναταράξεις του αέρα, που κάνουν τα αστέρια να «τρεμοπαίζουν» τη νύχτα, παραμορφώνουν το φως πριν φτάσει στο τηλεσκόπιο. Για να το αντιμετωπίσουν, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα σύστημα που προσαρμόζει διαρκώς τους καθρέφτες του τηλεσκοπίου για να διορθώνει αυτές τις στρεβλώσεις σε πραγματικό χρόνο.
Ακόμα κι έτσι, η Kim χρειάστηκε να αναπτύξει μια νέα τεχνική επεξεργασίας δεδομένων για να αφαιρέσει τα τελευταία ίχνη αυτής της «θολούρας». Το αποτέλεσμα ήταν μια εικόνα με ανάλυση πέντε φορές υψηλότερη από ό,τι έχει επιτευχθεί ποτέ για παρόμοια αντικείμενα.
Η ομάδα διαπίστωσε ότι ο δίσκος γύρω από το β CMi δεν είναι συμμετρικός. Καθώς το υδρογόνο περιστρέφεται γύρω από το άστρο, το τμήμα που κινείται προς τη Γη φαίνεται πιο μπλε, ενώ αυτό που απομακρύνεται εμφανίζεται πιο κόκκινο, φαινόμενο γνωστό ως φαινόμενο Doppler. Οι μικρές διαφορές στο χρώμα αποκάλυψαν μια ανεπαίσθητη μετατόπιση στη θέση του φωτός, την οποία οι ερευνητές μέτρησαν με πρωτοφανή ακρίβεια.
Η επιτυχία της μεθόδου ανοίγει μια νέα εποχή στην παρατήρηση του Σύμπαντος. Πλέον, οι επιστήμονες μπορούν να εξετάζουν μικρότερα, πιο μακρινά και πιο αμυδρά αντικείμενα χωρίς την ανάγκη πολύπλοκων δικτύων τηλεσκοπίων. Το photonic lantern είναι ένα νέο παράδειγμα για το πώς μπορούμε να «διαβάσουμε» το φως.
Αν η τεχνολογία αυτή εξελιχθεί όπως υπόσχεται, ίσως ζούμε την απαρχή μιας εποχής όπου ένα μόνο τηλεσκόπιο θα αρκεί για να βλέπουμε τον ουρανό με λεπτομέρεια που άλλοτε απαιτούσε έναν ολόκληρο πλανήτη συνδεδεμένων κατόπτρων.
[source]
