2017. 8. 19. 14:38ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1> AOF와 MUSE를 함께 이용한 관측은 행성상성운과 같은 천체를 관측할 때 훨씬 더 높은 해상도는 물론 재생가능한 화상화 범주를 넓혀나가는 것을 가능하게 해주고 있다.
IC 4406을 촬영한 이 사진은 이 성운의 이름을 망막성운으로 지칭한 원인이 된 수많은 검은 먼지 구조들과 함께 예전에는 볼 수 없었던 동심원 구조들을 보여주고 있다.
이 사진은 AOF를 이용하여 MUSE가 수집한 전체 데이터 중 일부일 뿐으로서 AOF가 적용된 MUSE 장비의 성능 향상을 보여주는 일례이다.
ESO 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)의 4번 망원경(예푼, Yepun)이 적응광학공학이 적용된 망원경으로 완전하게 탈바꿈했다.
10여년에 걸친 계획과 구축, 시험 끝에 새로운 적응광학설비(Adaptive Optics Facility, 이하 AOF)가 MUSE와 함께 퍼스트라이트를 시행하면서
여러 행성상성운과 은하에 대해 놀랄만큼 높은 해상도의 사진들을 촬영해 냈다.
AOF 와 MUSE의 결합은 지금까지 지상에 구축된 천문 장비 중 가장 강력하면서도 최첨단에 선 시스템 하나를 완성시켰다.
사진 2> 이 사진은 일반적인 상태에서 관측되는 NGC 6369의 모습(왼쪽)과 AOF가 제공하는 대기의 어름거림을 보정하는 기능이 적용된 NGC 6369(오른쪽)의 모습을 비교한 것이다.
AOF는 대상에 대해 훨씬 더 높은 해상도의 관측을 가능하게 해 주며 이로서 훨씬 더 미세하고 희미한 구조까지도 볼 수 있게 해준다.
적응광학이란 지구 대기의 어른거리는 효과를 상쇄하는 작업으로서 MUSE로 하여금 훨씬 고해상도의 사진들을 촬영하여 예전에 달성가능했던 것 보다 두 배 이상의 콘트라스트를 가능케 하는 기술이다.
MUSE는 현재 예전보다 훨씬더 희미한 천체들에 대한 연구가 가능한 상태이다.
AOF 프로젝트 과학자로 참여한 하랄트 쿤트슈너(Harald Kuntschner)의 소감은 다음과 같다.
"설령 기상 조건이 완전치 않더라도 천문학자들은 이제 대단히 뛰어난 화질의 사진을 얻을 수 있게 되었습니다.
AOF에게 정말 감사하지 않을 수 없네요."
새로운 시스템의 배터리 테스트를 진행한 후 , 천문학자들과 공학자들은 일련의 멋진 사진들을 통해 고된 작업의 보답을 얻을 수 있었다.
천문학자들은 이리자리에 자리잡고 있는 행성상성운 IC 4406과 땅꾼자리에 자리잡고 있는 NGC 6369를 관측하였다.
사진 3> 작은 유령성운(the Little Ghost Nebula)이라는 이름으로 알려진 NGC 6369는 땅꾼자리에 위치하는 행성상성운이다.
이 성운은 겉보기 등급 12.9등급의 상대적으로 희미한 성운이다.
이 사진은 VLT에 장착된 MUSE에 AOF를 적용하여 촬영한 것으로 대상의 세부 모습이 선명하게 드러나고 있다.
고리형태로 뻗어나가고 있는 성운가스의 한 가운데에 백색난쟁이별이 선명하게 그 모습을 드러내고 있다.
AOF를 적용한 MUSE 관측 결과는 드라마틱하게 개선된 해상도를 보여주었으며 이로서 예전에는 볼 수 없었던 IC 4406의 껍데기 구조까지 볼 수 있게 되었다. [2]
이러한 관측을 가능하게 만든 AOF는 함께 연계되어 작업을 수행하는 많은 부분들로 구성되어 있다.
여기에는 4개의 레이저 가이드별 설비(이하 4LGSF : the Four Laser Guide Star Facility)와 매우 얇고 변형이 가능한 부경이 포함되어 있다. [3] [4]
4LGSF는 22와트의 레이저 빔 4개를 하늘에 쏘아올려 상층 대기의 나트륨 원자에서 빛을 방출하도록 만들며 마치 별과 같은 점 하나를 만들어내게 된다.
사진 4> VLT 4번 망원경의 내부 모습.
AOF가 적용된 MUSE를 이용하여 첫 관측을 진행 중에 있다.
AOF가 가이드 별을 만들어내기 위해 4개의 레이저를 하늘에 쏘아 올리고 있다.
사진 5> VLT 4번 망원경의 내부 모습.
AOF가 적용된 MUSE를 이용하여 첫 관측을 진행 중에 있다.
AOF가 가이드 별을 만들어내기 위해 4개의 레이저를 하늘에 쏘아 올리고 있다.
사진 6> AOF를 장착한 MUSE의 첫번째 관측.
4개의 레이저가 하늘을 향해 쏘아올려지고 있다.
적응광학은 지상에 위치한 망원경들이 대상을 관측할 때 지구 대기의 어른거림을 상쇄하기 위한 작용을 한다.
사진 7> 4개의 22와트 레이저 빔은 지구 대기에 있는 나트륨 원자들이 빛을 내게 만들고 그 결과 하늘에 별과 유사한 점을 만들어내게 된다.
적응광학모듈인 GALACSI(분광 화상화를 위한 지상 대기층의 적응 교정기, Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) 의 센서들은 이 인공가이드별을 이용하여 대기의 상태를 파악하게 된다.
AOF는 초당 1000번의 계산을 수행하면서 대기의 어른거림을 상쇄할 수 있도록 부경의 형태를 변경하는데 사용될 보정수치를 만들어낸다.
특히 GALACSI는 망원경의 위치에서 1킬로미터 높이까지의 대기 상 기류 변화에 대응이 가능하다.
여러 조건들을 봤을 때 대기의 기류 변화는 고도에 따라 다양하게 나타나지만 연구에 따르면 기류 변화의 대부분은 바로 이 "지상대기층"에 해당하는 고도에서 발생하는 것으로 판명되었다.
AOF 프로젝트 매니저인 로빈 아세놀트(Robin Arsenault)의 설명은 다음과 같다.
"AOF 시스템은 본질적으로 VLT가 위치하고 있는 고도를 현재 위치에서 900미터 상공으로 옮겨 놓는 것과 같은 역할을 수행합니다.
과거에는 좀더 고해상도의 사진을 얻으려면 좀더 높은 고도를 찾거나 우주에 있는 망원경을 사용해야 했죠.
하지만 지금은 AOF로 인해 바로 이 자리에서 전혀 이동없이도 훨씬 더 나은 조건을 얻을 수 있게 되었습니다.
그것도 아주 저렴한 비용으로 말이죠."
AOF에 적용된 교정기들은 좀더 높은 화질의 상을 만들기 위해 빛을 한 곳으로 집중시키면서 대단히 빠르게 그리고 지속적으로 화상을 개선시키는 역할을 수행한다.
이로인해 MUSE가 대상을 좀더 세밀하게 분리해내고 이전보다 훨씬 더 희미한 별들을 감지할 수 있도록 해 준다.
GALACSI는 현재 광대역 화각 이상의 교정수치를 제공해 주고 있다.
하지만 이는 MUSE에 적용된 적응광학의 시작일 뿐이다.
GALACSI의 두 번째 모드가 준비 중이며 이 모드는 2018년 초에 사용이 가능할 것으로 보인다.
GALACSI의 두 번째 모드는 협대역 모드로서 이는 어떤 고도에서도 대기 상의 기류 변화를 교정할 수 있게 해 줄 것이며 좀더 작은 화각에서 훨씬 더 높은 해상도를 구현할 수 있도록 해 줄 것이다.
MUSE 프로젝트 수석 책임자인 롤란드 베이컨(Roland Bacon)의 소감은 다음과 같다.
"16년 전, 우리가 MUSE 장비의 구축을 제안할 당시 우리의 또다른 목표는 여기에 또다른 첨단 시스템인 AOF를 함께 설치하는 것이었습니다.
이미 어마어마한 결과를 만들어내고 있는 MUSE의 관측 능력은 아직 더 많은 영역으로 확장 중에 있죠.
우리는 지금 우리의 꿈이 지금 실현되고 있는 모습을 보고 있는 셈이죠."
이 시스템의 주요 과학적 목표 중 하나는 머나먼 거리로 떨어져 있는 희미한 대상을 가능한한 최상의 화상으로 관측하는 것이다.
이를 위해서는 상당히 많은 시간의 노출이 필수적이다.
ESO MUSE 및 GALACSI 프로젝트에 참여하고 있는 과학자 조엘 버넷(Joel Vernet)의 설명은 다음과 같다.
"특별히, 우리는 어마어마한 거리로 떨어져 있는 대단히 작고 희미한 은하들에 괌심이 있습니다.
이 은하들은 이제 막 발생 단계에 있어 은하가 어떻게 형성되었는지를 이해하는데 핵심이 되고 있는 천체들이죠."
사진 8> ESO 338-4는 궁수자리에 위치하고 있는 폭발적으로 별들을 만들어내고 있는 은하이다.
또한 이 은하는 몇몇 작은 은하들과 충돌합병이 진행중인 은하이다.
AOF와 MUSE가 함께 만들어낸 이 사진에서는 강력한 별 생성이 진행중인 밝은 점들이 그 모습을 드러내고 있다.
이러한 폭발적인 별 생성은 은하간의 충돌로 인해 야기된 것이며 이로인해 수소가스다발들도 환하게 빛을 뿜어내고 있다.
MUSE가 AOF의 덕을 보는 유일한 장비는 아니다.
조만간 GRAAL이라는 이름의 또다른 적응광학 시스템이 HAWK-1이라는 적외선관측 장비와 함께 선보일 것이며 이는 우주를 바라보는 우리의 시각을 한층 더 끌어올려 줄 것이다.
그 다음으로는 또 하나의 강력한 관측장비인 ERIS가 뒤따르게 된다.
아세놀트의 소감은 다음과 같다.
"ESO는 이들 적응광학시스템의 개발에 열을 올리고 있죠.
AOF는 ESO가 준비 중인 초극대망원경(Extremely Large Telescope)을 위한 선구주자이기도 합니다.
AOF에서 수행된 작업들은 과학자나 공학자들, 이를 위해 투입된 여러 산업계를 값진 경험과 전문력으로 무장시키고 있습니다.
이러한 모든 과정은 ELT를 건설해 나가는 중에 발생하는 도전들을 극복할 수 있는 자산이 될 것입니다."
사진 9> NGC 6563은 궁수자리에 위치하고 있는 행성상성운이다.
AOF와 MUSE가 함께 만들어낸 이 사진은 예전에는 볼 수 없었던 이 행성상성운의 희미한 구조를 드러내주고 있다.
왼쪽 사진은 적응광학의 도움없이 촬영된 사진이며 오른쪽 사진은 AOF를 적용하여 촬영된 사진이다.
각주
[1] MUSE는 스펙트럼 전영역에 대한 분광분석이 가능한 강력한 장비이며 대상 천체에 대한 입체 데이터를 제공해 줄 수 있는 장비이다.
사진의 각 픽셀은 대상 천체로부터 나오는 빛의 스펙트럼에 대응된다.
이것이 궁극적으로 의미하는 것은 MUSE가 한 대상에 대해서 서로 다른 파장을 가진 수천장의 사진을 동시에 촬영해 낼 수 있다는 것이다.
결과적으로 대상에 대한 풍부한 정보를 얻어낼 수 있는 것이다.
[2] IC 4406에 대한 이전 VLT 관측 내용은 하기 링크를 참고할 것.
https://www.eso.org/public/images/eso9827a/
[3] 1미터가 약간 넘는 크기로서 적응광학 거울로서는 가장 거대한 크기를 자랑하는 이 거울은 최첨단 기술의 산물이다.
이 거울은 VLT 4번 망원경에 2016년에 부착되었다.
[4] AOF운영의 최적화를 위한 또다른 도구들이 개발되어 현재 운용중에 있다.
여기에는 대기를 관측하여 특정 기류 현상이 발생하는 고도를 결정해내는 천문사이트 모니터링 소프트웨어의 확장판이 포함되어 있다.
또한 다른 망원경들이 이 레이저 빔을 관측하거나 레이저가 만들어낸 인공별을 관측하는 것을 포함하여 여타 관측에 레이저로 인해 발생 가능한 영향을 사전에 예방하는 레이저 트래픽 콘트롤 시스템도 포함되어 있다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Organisation Release 2017년 8월 2일자
http://www.eso.org/public/news/eso1724/
참고 : IC 4406, NGC 6369, NGC 6563을 비롯한 각종 성운에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346974
참고 : ESO 338-4를 비롯한 은하 및 은하단에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
- 은하 일반 : https://big-crunch.tistory.com/12346976
- 은하단 및 은하그룹 : https://big-crunch.tistory.com/12346978
- 은하 충돌 : https://big-crunch.tistory.com/12346977
원문>
eso1724 — Organisation Release
Cutting-edge Adaptive Optics Facility Sees First Light
Spectacular improvement in the sharpness of MUSE images
2 August 2017
The Unit Telescope 4 (Yepun) of ESO’s Very Large Telescope (VLT) has now been transformed into a fully adaptive telescope. After more than a decade of planning, construction and testing, the new Adaptive Optics Facility (AOF) has seen first light with the instrument MUSE, capturing amazingly sharp views of planetary nebulae and galaxies. The coupling of the AOF and MUSE forms one of the most advanced and powerful technological systems ever built for ground-based astronomy.
The Adaptive Optics Facility (AOF) is a long-term project on ESO’s Very Large Telescope (VLT) to provide an adaptive optics system for the instruments on Unit Telescope 4 (UT4), the first of which is MUSE (the Multi Unit Spectroscopic Explorer) [1]. Adaptive optics works to compensate for the blurring effect of the Earth’s atmosphere, enabling MUSE to obtain much sharper images and resulting in twice the contrast previously achievable. MUSE can now study even fainter objects in the Universe.
“Now, even when the weather conditions are not perfect, astronomers can still get superb image quality thanks to the AOF,” explains Harald Kuntschner, AOF Project Scientist at ESO.
Following a battery of tests on the new system, the team of astronomers and engineers were rewarded with a series of spectacular images. Astronomers were able to observe the planetary nebulae IC 4406, located in the constellation Lupus (The Wolf), and NGC 6369, located in the constellation Ophiuchus (The Serpent Bearer). The MUSE observations using the AOF showed dramatic improvements in the sharpness of the images, revealing never before seen shell structures in IC 4406 [2].
The AOF, which made these observations possible, is composed of many parts working together. They include the Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) and the very thin deformable secondary mirror of UT4 [3] [4]. The 4LGSF shines four 22-watt laser beams into the sky to make sodium atoms in the upper atmosphere glow, producing spots of light on the sky that mimic stars. Sensors in the adaptive optics module GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) use these artificial guide stars to determine the atmospheric conditions.
One thousand times per second, the AOF system calculates the correction that must be applied to change the shape of the telescope’s deformable secondary mirror to compensate for atmospheric disturbances. In particular, GALACSI corrects for the turbulence in the layer of atmosphere up to one kilometre above the telescope. Depending on the conditions, atmospheric turbulence can vary with altitude, but studies have shown that the majority of atmospheric disturbance occurs in this “ground layer” of the atmosphere.
“The AOF system is essentially equivalent to raising the VLT about 900 metres higher in the air, above the most turbulent layer of atmosphere,” explains Robin Arsenault, AOF Project Manager. “In the past, if we wanted sharper images, we would have had to find a better site or use a space telescope — but now with the AOF, we can create much better conditions right where we are, for a fraction of the cost!”
The corrections applied by the AOF rapidly and continuously improve the image quality by concentrating the light to form sharper images, allowing MUSE to resolve finer details and detect fainter stars than previously possible. GALACSI currently provides a correction over a wide field of view, but this is only the first step in bringing adaptive optics to MUSE. A second mode of GALACSI is in preparation and is expected to see first light early 2018. This narrow-field mode will correct for turbulence at any altitude, allowing observations of smaller fields of view to be made with even higher resolution.
“Sixteen years ago, when we proposed building the revolutionary MUSE instrument, our vision was to couple it with another very advanced system, the AOF,” says Roland Bacon, project lead for MUSE. “The discovery potential of MUSE, already large, is now enhanced still further. Our dream is becoming true.”
One of the main science goals of the system is to observe faint objects in the distant Universe with the best possible image quality, which will require exposures of many hours. Joël Vernet, ESO MUSE and GALACSI Project Scientist, comments: “In particular, we are interested in observing the smallest, faintest galaxies at the largest distances. These are galaxies in the making — still in their infancy — and are key to understanding how galaxies form.”
Furthermore, MUSE is not the only instrument that will benefit from the AOF. In the near future, another adaptive optics system called GRAAL will come online with the existing infrared instrument HAWK-I, sharpening its view of the Universe. That will be followed later by the powerful new instrument ERIS.
“ESO is driving the development of these adaptive optics systems, and the AOF is also a pathfinder for ESO’s Extremely Large Telescope,” adds Arsenault. “Working on the AOF has equipped us — scientists, engineers and industry alike — with invaluable experience and expertise that we will now use to overcome the challenges of building the ELT.”
Notes
[1] MUSE is an integral-field spectrograph, a powerful instrument that produces a 3D data set of a target object, where each pixel of the image corresponds to a spectrum of the light from the object. This essentially means that the instrument creates thousands of images of the object at the same time, each at a different wavelength of light, capturing a wealth of information.
[2] IC 4406 has previously been observed with the VLT (eso9827a).
[3] At just over one metre in diameter, this is the largest adaptive optics mirror ever produced and demanded cutting-edge technology. It was mounted on UT4 in 2016 (ann16078) to replace the telescope’s original conventional secondary mirror.
[4] Other tools to optimise the operation of the AOF have been developed and are now operational. These include an extension of the Astronomical Site Monitor software that monitors the atmosphere to determine the altitude at which the turbulence is occurring, and the Laser Traffic Control System (LTCS) that prevents other telescopes looking into the laser beams or at the artificial stars themselves and potentially affecting their observations.
More information
ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its world-leading Very Large Telescope Interferometer as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. ESO is also a major partner in two facilities on Chajnantor, APEX and ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre Extremely Large Telescope, the ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.
Links
Contacts
Harald Kuntschner
ESO, AOF Project Scientist
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6465
Email: hkuntsch@eso.org
Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org
Joël Vernet
ESO MUSE and GALACSI Project Scientist
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6579
Email: jvernet@eso.org
'3. 천문뉴스 > 유럽남부천문대(ESO)' 카테고리의 다른 글
| 가장 상세하게 촬영된 안타레스의 표면과 대기 (0) | 2017.08.24 |
|---|---|
| 블랙홀이 물질을 집어삼키는 새로운 방법. (0) | 2017.08.20 |
| 숙소에서 미리내까지 (0) | 2017.08.09 |
| PLCKESZ G286.6-31.3 : 은하단 찾기 (0) | 2017.08.06 |
| 아타카마의 눈 (0) | 2017.07.06 |