この驚くべき星団を撮影するにはレーザーと曲げられる鏡が必要だった

これは、いろいろな意味で素晴らしい写真です。上の写真は、地球から 5,500 光年離れた星団で、完全に成熟した天体とまだ成長中の天体でいっぱいです。

この画像は擬似カラーで、同じ範囲を肉眼で見ると、現在の描写とは大きく異なって見えることを意味します。色は赤外線波長の光を表しており、人間には見えません。RCW 38 と呼ばれるこの星団のスナップショットは、この地域でこれまでに撮影された画像の中で最も鮮明で深みのある画像の 1 つです。また、この星団が撮影されたのは、天気の良い日 (またはコロナが好調な日) というわけではありません。このような写真を撮るには優れた撮影機材が必要ですが、この画像も例外ではありません。

このプロジェクトを率いたのは、ポルトガルのリスボン大学の研究者コラリカ・ムジック氏です。同氏のチームは、チリの超大型望遠鏡（そう、超大型なのです）を使って星団の位置を特定しました。また、同氏は HAWK-I カメラ（発音はホークアイ）も使用しましたが、これが DSLR よりほんの少しだけ高性能だと聞くと驚くかもしれません。HAWK-I は High Acuity Wide field K-band Imager の略です。2007 年に設置され、すでに遠くの天体の写真を撮るのに非常に優れていました。しかしつい最近、科学者らが GRAAL と呼ばれるアップグレードを導入しました。このアップグレードにはレーザーが使われています。

HAWK-I のような強力なカメラであっても、地上設置型の望遠鏡には限界があります。つまり、空です。もちろん、私たちを取り囲む大気は、私たちが呼吸することを可能にし、大量の太陽放射から私たちを守り、地球上の生命にとって大きな役割を果たしています。しかし、空を眺めるには、大気は最悪です。

「大気は乱れていて、画像がぼやけてしまいます」とムジック氏は言う。晴れた夜でも、大気の乱れは天文学者の星の眺めを乱し、写真撮影の被写体をぼやけさせたりゆがめたりする。風や海流の変化、気温や密度の変化、これらすべてが、望遠鏡と空の完璧な眺めの間に入り込む空気の乱れに影響する。こうした乱れがあるからこそ、晴れた夜でも星がきらきらと輝いて見えるのだ。

GRAAL は、適応光学と呼ばれる技術を使用して、その乱気流に対抗します。「適応光学には、乱気流が波長に与える影響を計算するリアルタイム コンピューターがあります」と Muzic 氏は言います。コンピューターは乱気流が画像をどの程度歪ませているかを計算し、その情報を厚さ 2 ミリメートル (0.08 インチ)、幅 1.1 メートル (3.6 フィート) の変形可能なセラミック ミラーに送信します。この薄いミラーの背後には 170 個のアクチュエーターがあり、ミラーをわずかに押して、上空の荒れた空の動きと正反対のことをします。アクチュエーターは、空気自体の変化に合わせて、1 秒あたり約 800 回の速度で調整できます。

「これにより、補償光学なしで得られる画像よりもはるかに鮮明な画像が得られます」とムジック氏は言う。この画像は、新しい HAWK-I、GRAAL システムの科学的テストの一部である。すぐに、より多くの研究機会が開かれるだろう。

こうした細かい調整を素早く行うために、GRAAL には基準点が必要です。「適応光学が機能するには、対象物の内部または非常に近くにある明るい星が必要です。しかし、空には明るい星はそれほど多くありません」と Muzic 氏は言います。幸いなことに、代替手段があります。「別の方法は、レーザーを使用して人工の星を作成することです」と彼女は付け加えます。

GRAAL には、大気圏上空に向けられた 4 つのレーザーがあります。上部では、これらのレーザーのそれぞれがナトリウム原子を励起し、星を模倣するほど明るい輝きを作り出します。VLT のコンピューターは、レーザーの理想的な見え方と実際の乱れた見え方を比較し、すばやく修正して、画像をより鮮明でシャープにします。

1953 年に初めて提案された適応光学システムを世界中の望遠鏡に設置できるレベルまで技術が進歩したのは、ここ数十年のことです。研究者たちは、VLT で使用されているような変形可能な鏡や、磁場で制御される液体鏡を開発し、適応光学技術を応用してより高度な顕微鏡を作り、そしてもちろん、美しい写真も撮影しました。

しかし、ムジック氏のような研究者にとって、それらが非常に価値のあるものとなっているのは、撮影できる画像の美しさのためではない。

写真とともに、たくさんのデータも得られた。ムジック氏の主な研究対象は、大きな惑星と小さな恒星の中間の特性を持つ天体である褐色矮星である。褐色矮星は近くの星団で発見されているが、ムジック氏は、これらのかすかな天体のいくつかを、近くの星団とは異なる環境にあるより遠い星団であるRCW 38で見つけられることを期待している。彼女は現在、これらのかすかな天体が写真に写っているかどうかを確認するためにデータを分析している。