| |
Ivan Havlíček: Observatoř Gemini – je v centru Galaxie další černá díra?
V blízkosti centra naší Galaxie je možná více obřích černých děr. Mezinárodní
tým astronomů vedený Jean–Pierrem Maillardem z Pařížského astrofyzikálního
institutu k tomuto zjištění dospěl na základě zpracování starších dat systému
adaptivní optiky Hokupa’a/QUIRC pořízených osmimetrovým dalekohledem Gemini
North na Mouna Kea.
|
Aktivní optika – systém upravující mechanické deformace
dalekohledu způsobené jeho vlastní tíhou a teplotními změnami.
Ovlivňuje tvar primárního a sekundárního zrcadla a jejich vzájemnou polohu.
Cílem je zajistit osově neměnný optický výstup do ohniskové roviny a přesnou fokusaci.
Vždy se jedná o zpětněvazebný systém pracující s frekvencí kolem 1 Hz.
Adaptivní optika – systém upravující vlastní obraz pozorovaného objektu.
Cílem je minimalizovat změny optického signálu, které jsou způsobeny
průchodem světla atmosférou. Opět jde o zpětněvazebný systém, který ale
porovnává předem definovaný obraz jednoduchého zdroje s jeho skutečně
vytvořeným obrazem v ohniskové rovině. Odchylky od očekávaného vzorového
obrazu jsou následně promítány do tvarových změn optického prvku (většinou
jde o zrcadlo s vysokou deformovatelností v krátkých časových intervalech –
například z berylia), jehož deformovaný povrch pak vytvoří ostrý obraz s mnohem
vyšším rozlišením než bez odfiltrování seeingu. Adaptivní optika pracuje na frekvencích
500÷1000 Hz, deformovatelné zrcadlové plochy málokdy přesahují v průměru
20 cm.
Aktuátor – elektrostatický podpůrný prvek deformovatelného
zrcadla, který zajišťuje jeho tvarové změny v závislosti na řídícím signálu.
Podmínkou je, aby změny tvaru zrcadla probíhaly s vyšší frekvencí než změny
v obrazu, který je adaptivní optikou opravován.
Seeing – chvění atmosféry v optické dráze dalekohledu. Důvodem je
nerovnoměrnost vzdušných mas nad zemským povrchem. Výsledkem je velmi rychle
se měnící kvalita optického prostředí, která ovlivňuje pozorování. Seeing
lze vyloučit pouze umístěním observatoře mimo atmosféru.
Altair – systém adaptivní optiky na Gemini North pojmenovaný podle jasné hvězdy v souhvězdí
Orla. Název je akronymem vytvořeným z celého názvu systému ALTitude
conjugate Adaptive optics for the InfraRed. Jeho hlavní součástí je senzorový člen Hokupa'a/QUIRC,
který sestává z deformovatelného zrcadla složeného z 36
segmentů a časově velmi přesné infračervené kamery, která pracuje v oboru 1÷2,5 μm.
|
Další černá díra v centru Galaxie?
Při vyhodnocení snímků z blízkosti galaktického jádra bylo sledováno okolí
kupy masivních hvězd IRS 13E, které svítí v infračerveném oboru. Šlo
o velmi malou oblast měřící jen 0,5″ v průměru, což v blízkosti jádra
Galaxie odpovídá 0,6 světelnému roku. Tým astronomů zde nalezl sedm
hvězd, jejichž vlastní pohyb je kolem 280 km/s. Pozorování dalekohledem Gemini
v infračerveném oboru bylo upřesněno a doplněno daty získanými z rentgenové
observatoře Chandra,
Hubbleova dalekohledu, Kanadsko-francouzského dalekohledu CFHT a radiové sítě
VLA. Hustota a dynamika kupy IRS 13E
nabízí jako jedno z možných vysvětlení, že v centru této hvězdkupy se
nachází masivní černá díra. Podle
oběžných rychlostí a prostorového rozložení výše zmíněných sedmi hvězd byla
hmotnost černé díry určena na 1 300 hmotností Slunce, tedy jde o málokdy
pozorovaný případ černé díry střední hmotnosti. Možné je
odtržení kupy IRS 13E od obří hvězdokupy v jádru Galaxie označované dnes jako
Sgr A. Pozorovaný pohyb hvězd by mohl být vysvětlen také extrémním
gravitačním polem, jejímž zdrojem je černá díra o hmotnosti několika milionů
hmotností Slunce, která se v centru Sgr A nachází, nicméně ve prospěch
existence druhé černé díry střední hmotnosti hovoří detekce RTG záření z
roku 2003 v místě, kde se nachází objekt IRS 13E
(Baganoff, MIT, Chandra).
|
Nalevo: výřez Mléčné dráhy v souhvězdí
Střelce s vyznačením polohy Sgr A ve viditelném světle. Vložený výřez je snímek IRS 13E
pořízený dalekohledem Gemini v infračerveném světle.
Napravo: 40″ × 40″ velká oblast IRS 13E zobrazená v oboru
Kp (0,4 μm) adaptivní optikou Gemini North, souřadnice jsou vztaženy k Sgr A. Zdroj: Gemini North.

Rotace hvězd poblíž jádra Galaxie – největšího galaktického radiového zdroje Sgr A,
který v sobě ukrývá 2,6 milionů hmotností Slunce. Rotace hvězd, plynu a akrečního disku
kolem centrální černé díry v jádru Galaxie probíhá velmi dramaticky. Na obrázku jsou
vyznačeny směry pohybu jednotlivých objektů. Modrozeleně jsou označeny mladé obří hvězdy.
Zdroj: T. Enßlin, Max PIanck Institute, 2003.

Mapa centra Galaxie v RTG oboru pořízená sondou Chandra. Objekt IRS 13
zřetelně září v RTG oboru, není ale patrné jeho rozdělení na východní
a západní část (IRS 13E a IRS 13W). Zdroj: Baganoff et al. 2003, ApJ.
|
Observatoř Gemini
Observatoř Gemini sestává ze dvou téměř identických optických dalekohledů
o průměru 8,1 m, které pracují ve viditelném a infračerveném oboru. Gemini je
mezinárodní projekt vědeckých institucí z USA, Británie, Kanady, Chile,
Austrálie, Argentiny a Brazílie. Gemini North je postaven na Mauna Kea ve výšce
4 100 m. Gemini North začal pracovat v létě roku 2000. Druhý z dalekohledů, Gemini
South, je na Cerro Pachón v Chile ve výšce 2 737 m a první světlo jím prošlo
v polovině roku 2001. Pro oba dalekohledy je nezbytné používat systémy aktivní
a adaptivní optiky, bez nichž nelze s tak velkým dalekohledem pracovat.
|

Nalevo:
Observatoř Gemini North na Mauna Kea. Napravo: Pohled do kopule Gemini
North. Vyrovnání teplot v pracovním prostoru dalekohledu pomáhá mimo jiné
i konstrukce kopule, která je otevíratelná v horizontálním pásu. Tato konstrukční
úprava doplňuje systém aktivní optiky a zkracuje tak adaptační dobu stroje na
rozdíly teplot mezi dnem a nocí. Zdroj: Gemini North.
|
Pro Gemini North byl navržen velmi komplikovaný optickomechanický přístroj
Altair, který s frekvencí 1 kHz pomocí 177 aktuátorů mění vlastnosti
deformovatelné optické plochy, která je vložena do optické dráhy zkoumaného
světla. Altair je umístěn v Cassegrainově ohnisku,
(celé zařízení měří 1,5×1,5×2,5 m a jeho hmotnost je 900 kg)
a využívá ke korigování obraz skutečné
hvězdy. V budoucnu bude využit i v kombinaci s obrazem umělé laserové hvězdy. Altair je „průhledný“, to znamená, že pokrývá celý spektrální rozsah
dalekohledu, nemění na výstupu geometrii vstupního optického svazku, který
zůstává v poměru f/16, nemění vstupní aperturu a jelikož využívá jen rovinných
zrcadel, nemění ani geometrii obrazu ve výsledné ohniskové rovině. V návrhu pro Gemini South
je nový systém AO Multi-Conjugate Adaptive Optics system (MCAO),
který by využíval dvou deformovatelných zrcadel a mohl by tak dosáhnout mnohem
vyšší kvality výsledného obrazu.
|

Noční pohled od severu na Gemini North. Zřetelné jsou horizontální kryty
chladících otvorů v plášti kopule. Zdroj: Gemini North.
|
Odkazy
|
|