L'Unit Telescope 4 (Yepun) del Very Large Telescope (VLT) dell'ESO è stato trasformato in un telescopio completamente adattivo. Dopo oltre un decennio di pianificazione, costruzione e collaudo, il nuovo Adaptive Optics Facility (AOF) ha visto la prima luce con lo strumento MUSE, catturare immagini incredibilmente nitide di nebulose planetarie e galassie. L'accoppiamento dell'AOF e del MUSE costituisce uno dei sistemi tecnologici più avanzati e potenti mai realizzati per l'astronomia da terra.

L'Adaptive Optics Facility (AOF) è un progetto a lungo termine sul Very Large Telescope (VLT) dell'ESO per fornire un sistema di ottica adattiva per gli strumenti dell'Unità Telescope 4 (UT4), il primo dei quali è MUSE (il Multi Unit Spectroscopic Explorer). L'ottica adattiva funziona per compensare l'effetto sfocato dell'atmosfera terrestre, consentendo a MUSE di ottenere immagini molto più nitide e con conseguente doppio del contrasto ottenibile in precedenza. MUSE può ora studiare anche gli oggetti più deboli nell'Universo.

"Ora, anche quando le condizioni meteorologiche non sono perfette, gli astronomi possono ancora ottenere una qualità dell'immagine superba grazie all'AOF, " spiega Harald Kuntschner, Scienziato di progetto AOF presso l'ESO.

Dopo una serie di test sul nuovo sistema, il team di astronomi e ingegneri è stato premiato con una serie di immagini spettacolari. Gli astronomi hanno potuto osservare le nebulose planetarie IC 4406, situato nella costellazione del Lupus (Il Lupo), e NGC 6369, situato nella costellazione dell'Ofiuco (Il portatore di serpente). Le osservazioni del MUSE utilizzando l'AOF hanno mostrato notevoli miglioramenti nella nitidezza delle immagini, rivelando strutture a conchiglia mai viste prima in IC 4406.

L'AOF, che ha reso possibili queste osservazioni, è composto da molte parti che lavorano insieme. Includono il Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) e lo specchio secondario deformabile molto sottile di UT4. Il 4LGSF emette quattro raggi laser da 22 watt nel cielo per far brillare gli atomi di sodio nell'alta atmosfera, producendo macchie di luce nel cielo che imitano le stelle. I sensori nel modulo di ottica adattiva GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) utilizzano queste stelle guida artificiali per determinare le condizioni atmosferiche.

Mille volte al secondo, il sistema AOF calcola la correzione che deve essere applicata per modificare la forma dello specchio secondario deformabile del telescopio per compensare i disturbi atmosferici. In particolare, GALACSI corregge la turbolenza nello strato di atmosfera fino a un chilometro sopra il telescopio. A seconda delle condizioni, la turbolenza atmosferica può variare con l'altitudine, ma gli studi hanno dimostrato che la maggior parte delle perturbazioni atmosferiche si verifica in questo "strato terrestre" dell'atmosfera.

"Il sistema AOF è essenzialmente equivalente a sollevare il VLT di circa 900 metri più in alto nell'aria, sopra lo strato più turbolento dell'atmosfera, " spiega Robin Arsenal, Responsabile del progetto AOF. "Nel passato, se volessimo immagini più nitide, avremmo dovuto trovare un sito migliore o usare un telescopio spaziale, ma ora con l'AOF, possiamo creare condizioni molto migliori proprio dove siamo, per una frazione del costo!"

Le correzioni applicate dall'AOF migliorano rapidamente e continuamente la qualità dell'immagine concentrando la luce per formare immagini più nitide, consentendo a MUSE di risolvere dettagli più fini e rilevare stelle più deboli di quanto fosse possibile in precedenza. GALACSI attualmente fornisce una correzione su un ampio campo visivo, ma questo è solo il primo passo per portare l'ottica adattiva al MUSE. Una seconda modalità di GALACSI è in preparazione e dovrebbe vedere le prime luci all'inizio del 2018. Questa modalità a campo stretto correggerà la turbolenza a qualsiasi altitudine, consentendo osservazioni di campi visivi più piccoli con una risoluzione ancora maggiore.

"Sedici anni fa, quando abbiamo proposto di costruire il rivoluzionario strumento MUSE, la nostra visione era di accoppiarlo con un altro sistema molto avanzato, l'AOF, "dice Roland Bacone, capo progetto per MUSE. "Il potenziale di scoperta del MUSE, già grande, ora è ulteriormente migliorato. Il nostro sogno si sta avverando".

Uno dei principali obiettivi scientifici del sistema è osservare oggetti deboli nell'Universo distante con la migliore qualità d'immagine possibile, che richiederà esposizioni di molte ore. Joel Vernet, ESO MUSE e scienziato del progetto GALACSI, commenta:"In particolare, ci interessa osservare i più piccoli, galassie più deboli alle maggiori distanze. Queste sono galassie in formazione, ancora agli inizi, e sono la chiave per capire come si formano le galassie".

Per di più, MUSE non è l'unico strumento che beneficerà dell'AOF. Nel futuro prossimo, un altro sistema di ottica adattiva chiamato GRAAL sarà online con lo strumento a infrarossi esistente HAWK-I, affinando la sua visione dell'Universo. A ciò seguirà in seguito il nuovo potente strumento ERIS.

"L'ESO sta guidando lo sviluppo di questi sistemi ottici adattivi, e l'AOF è anche un esploratore per l'Extremely Large Telescope dell'ESO, " aggiunge Arsenault. "Lavorare sull'AOF ci ha fornito:scienziati, ingegneri e industria allo stesso modo, con un'esperienza e una competenza inestimabili che ora utilizzeremo per superare le sfide della costruzione dell'ELT."