Teleskop terbesar di dunia pada akhirnya akan dapat melihat bintang tanpa sinar difraksi

Teleskop Giant Magellanic (GMT) raksasa, 25 meter tidak hanya akan membuka era baru astronomi terestrial, tetapi juga akan menerima gambar pertama dan paling modern dari Semesta, di mana bintang-bintang akan terlihat seperti apa adanya, tanpa sinar difraksi

Saat melihat gambar-gambar terhebat di Alam Semesta, ingatan dan imajinasi kita hidup. Kita dapat melihat planet-planet tata surya dengan detail luar biasa, galaksi-galaksi terletak jutaan atau bahkan milyaran tahun cahaya jauhnya dari kita, nebula tempat bintang-bintang baru lahir, dan sisa-sisa bintang yang memiliki tampilan mengerikan dan fatalistik dari masa lalu kosmik kita dan masa depan tata surya kita. Tetapi objek yang paling umum dalam foto-foto ini adalah bintang-bintang yang tersedia di mana-mana dan di segala arah, di mana pun kita melihat, baik di Bima Sakti kita dan di luar. Dan pada semua gambar, dari teleskop berbasis darat ke Hubble, bintang-bintang hampir selalu terlihat sinar: ini adalah artefak dari gambar yang melekat dalam desain teleskop. Kami sedang mempersiapkan generasi teleskop berikutnya, dan di antara mereka berdiri Teleskop Giant Magellan (GMT) sepanjang 25 meter: ia tidak akan memiliki satu-satunya sinar difraksi ini.


Grup 31 Hickson yang ringkas , yang ditembak oleh Hubble, adalah "rasi bintang" yang indah, tetapi beberapa bintang dari galaksi kita sendiri, yang disorot oleh sinar difraksi, muncul ke permukaan. Sinar ini tidak hanya saat menggunakan GMT.

Teleskop dapat dilakukan dengan banyak cara; pada prinsipnya, hanya perlu mengumpulkan dan memfokuskan cahaya Semesta pada satu bidang. Teleskop awal dibangun sesuai dengan jenis refraktor , ketika cahaya yang masuk melewati lensa besar dan berfokus pada satu titik dari mana dapat diarahkan ke mata, ke piring foto atau (lebih modern) ke matriks digital. Tetapi kemampuan refraktor pada dasarnya dibatasi oleh ukuran fisik lensa dengan kualitas yang diinginkan. Teleskop semacam itu tidak berdiameter satu meter. Karena kualitas gambar ditentukan oleh diameter apertur, baik dalam resolusi dan rasio apertur, refraktor tidak lagi digunakan lebih dari 100 tahun yang lalu.


Teleskop refleksi telah lama menggantikan refraktor, dan ukuran cermin yang tersedia untuk membuat secara signifikan lebih besar daripada yang tersedia untuk lensa dengan kualitas yang sama.

Tetapi skema lain - teleskop-reflektor - bisa jauh lebih kuat. Cermin dengan permukaan yang dipantulkan dengan baik dari bentuk yang sesuai dapat memfokuskan cahaya yang masuk pada satu titik, dan ukuran cermin, yang dapat dicetak dan dipoles, sangat jauh lebih besar daripada ukuran lensa maksimum. Reflektor teleskop cermin tunggal terbesar dapat mencapai diameter hingga 8 meter, dan segmentasi cermin dapat mencapai ukuran yang lebih besar. Saat ini, yang terbesar di dunia adalah Teleskop Canary dengan diameter 10,4 m, tetapi dalam dekade berikutnya, dua (dan mungkin tiga) teleskop akan memecahkan rekor ini: 25 meter GMT dan teleskop Eropa sangat besar 39 meter, ELT.


Ukuran komparatif cermin dari berbagai teleskop yang ada dan yang diproyeksikan. Ketika GMT diluncurkan, itu akan menjadi yang terbesar di dunia, teleskop optik pertama dengan diameter 25 m dalam sejarah, tetapi kemudian akan dikalahkan oleh ELT. Tetapi semua teleskop ini memiliki cermin, dan semuanya adalah reflektor.

Kedua teleskop ini adalah reflektor multi-segmen, dan seharusnya memberi kita gambar alam semesta yang belum pernah terjadi sebelumnya. ELT akan lebih besar dalam diameter dan jumlah segmen, serta biaya, dan harus diselesaikan beberapa tahun setelah turbin gas. CGM akan lebih kecil dalam diameter dan jumlah segmen (meskipun segmen itu sendiri akan lebih besar), lebih murah, dan akan diselesaikan lebih cepat. Tahapan pembangunannya adalah sebagai berikut:

• penggalian lubang dimulai pada Februari 2018,
• Teluk Beton - 2019,
• konstruksi bangunan yang sepenuhnya melindungi dari cuaca - 2021,
• pengiriman teleskop - 2022,
• pemasangan cermin utama - awal tahun 2023,
• cahaya pertama - akhir 2023,
• penelitian ilmiah pertama - 2024,
• rencana penyelesaian konstruksi - 2025.

Segera! Tetapi bahkan dengan jadwal ambisius seperti itu, HMT akan memiliki keunggulan optik yang sangat besar, dan tidak hanya di atas ELT, tetapi secara umum di atas semua reflektor: bintang-bintang yang ditembakkan tidak akan memiliki sinar difraksi.


Dipercayai bahwa sebuah bintang yang mempercepat Nebula Gelembung ke sisi dapat 40 kali lebih besar dari Matahari. Perhatikan bagaimana sinar difraksi mengganggu pengamatan struktur yang kurang terang di dekatnya.

Sinar yang biasa Anda lihat pada gambar dari observatorium seperti teleskop Hubble tidak muncul karena cermin utama, tetapi karena kebutuhan akan pantulan berurutan yang memfokuskan cahaya pada target akhir. Untuk melakukan ini, Anda perlu menempatkan dan memperbaiki cermin kedua, memfokuskan kembali aliran cahaya. Tidak ada cara untuk menghindari keberadaan struktur pendukung yang memegang cermin kedua, dan mereka berada di jalur cahaya. Jumlah dan lokasi pendukung menentukan jumlah sinar - empat untuk Hubble, enam untuk James Webb - dan dapat dilihat di semua foto.


Perbandingan sinar difraksi untuk berbagai posisi rak di reflektor. Lingkaran dalam adalah cermin kedua, luar adalah yang utama; bawah menunjukkan konfigurasi akhir dari sinar.

Semua reflektor tanah memiliki sinar difraksi; ELT akan memilikinya. Kesenjangan antara cermin heksagonal ke-798, meskipun fakta bahwa luasnya tidak lebih dari 1% dari total luas cermin, akan meningkatkan kekuatan sinar. Setiap kali kita memotret objek redup yang tidak berhasil terletak dekat dengan sesuatu yang terang - bintang, misalnya - sinar difraksi ini akan keluar dari kita. Bahkan dengan penggunaan pemotretan shift, di mana dua foto yang hampir identik diambil dengan sedikit perubahan, dan satu dikurangkan dari yang lain, tidak akan mungkin untuk sepenuhnya menghilangkan sinar ini.


ELT, dengan cermin utama berdiameter 39 meter, akan menjadi mata terbesar di dunia yang tertuju pada langit ketika mulai bekerja pada awal dekade berikutnya. Ini adalah diagram awal terperinci dengan anatomi seluruh observatorium [dapat diklik]

Tetapi HMT, yang memiliki tujuh cermin delapan meter besar dengan satu cermin pusat dan enam cermin yang terletak secara simetris di sekitarnya, dirancang dengan brilian untuk menghilangkan sinar difraksi ini. Enam cermin eksternal diposisikan sehingga celah sempit membentang dari tepi daerah pengumpul cahaya ke cermin tengah. Cermin sekunder didukung oleh "kaki laba-laba" tipis dari rak, tetapi masing-masing terletak tepat di atas slot ini. Karena tulisan tidak menghalangi cahaya yang digunakan oleh cermin eksterior, tidak akan ada sinar pada gambar.


Turbin gas setinggi 25 meter sedang dibangun dan akan menjadi observatorium berbasis darat terbesar di Bumi. Posting yang memegang cermin kedua dirancang agar pas di antara cermin.

Namun sebaliknya, dalam pola unik ini - di mana akan ada celah antara cermin dan rak akan memotong cermin pusat - satu set artefak baru akan diamati: seperangkat lingkaran muncul di sekitar benda melingkar ( disk Airy ) yang akan mengelilingi setiap bintang. Lingkaran ini akan terlihat seperti bintik-bintik kosong pada gambar, dan akan muncul di mana-mana karena tata letak teleskop. Namun, mereka akan memiliki intensitas yang sangat rendah, dan akan muncul untuk waktu yang singkat; lingkaran-lingkaran ini akan terisi dengan gambar ketika langit dan teleskop berputar di malam hari, mengumpulkan cahaya selama paparan yang lama. Setelah 15 menit, waktu minimum, pada kenyataannya, untuk mendapatkan foto yang layak, lingkaran ini akan sepenuhnya hilang.


Inti dari kluster globular Omega Centauri adalah salah satu daerah berpenduduk padat yang mengandung bintang-bintang tua. HMT akan dapat membedakan lebih banyak bintang daripada sebelumnya, dan tanpa sinar difraksi.

Hasilnya, kami mendapatkan teleskop kelas dunia pertama yang mampu melihat bintang sebagaimana adanya - tanpa sinar difraksi! Dalam rencananya akan ada kompromi kecil, yang terbesar akan terdiri dari kehilangan aperture kecil. Diameter fisik turbin gas akan menjadi 25,4 m, namun, wilayah pengumpul cahaya akan memiliki diameter "hanya" 22,5 m. Namun, sedikit kehilangan resolusi dan bukaan akan lebih dari sekadar menggantikan kemampuan teleskop yang membedakannya dari yang lain.


Beberapa galaksi yang paling jauh di alam semesta yang dapat diamati, terlihat melalui proyek Hubble Ultra Deep Field. GMT akan dapat memotret semua galaksi ini dengan resolusi sepuluh kali lebih baik daripada Hubble.

Resolusi ini akan dari 6 hingga 10 milidetik sudut, tergantung pada panjang gelombang - ini 10 kali lebih baik daripada Hubble dan 100 kali lebih sensitif daripada itu. Dia akan dapat memeriksa galaksi jauh pada jarak sepuluh miliar tahun cahaya, dan kita akan dapat membuat kurva rotasi mereka, mencari tanda-tanda fusi, mengukur materi yang mengalir dari mereka, mempelajari bidang pembentukan bintang dan tanda-tanda ionisasi. Kita akan dapat langsung melihat exoplanet tipe Bumi, termasuk Proxima Centaurus b , yang terletak pada jarak 30 tahun cahaya dari kita. Planet seperti Jupiter akan terlihat pada jarak hingga 300 tahun cahaya. Kami juga akan mengukur parameter lingkungan intergalaksi dan persentase elemen kimia di mana pun kami melihatnya. Kami juga dapat mendeteksi lubang hitam supermasif awal.


Semakin jauh quasar atau lubang hitam supermasif berasal dari kita, semakin kuat teleskop (dan kamera) yang dibutuhkan untuk mendeteksinya. Keuntungan dari HMT adalah kemampuan untuk melakukan spektroskopi objek yang sangat jauh setelah mereka terdeteksi.

Dan kita akan dapat melakukan pengukuran spektroskopi langsung dari masing-masing bintang dalam kelompok dan lingkungan yang padat, mempelajari detail struktural galaksi terdekat dan mengamati dalam sistem detail dua, tiga dan beberapa bintang. Ini bahkan termasuk bintang-bintang di pusat galaksi, yang terletak 25.000 tahun cahaya dari kita. Dan semua ini, secara alami, tanpa sinar difraksi.


Gambar menunjukkan peningkatan dalam resolusi gambar pusat Galaxy dengan ukuran sudut 5 detik busur - dari teleskop Keck dengan optik adaptif ke teleskop masa depan seperti HMT. Dan hanya pada HMT, bintang-bintang tidak akan memiliki sinar difraksi.

Dibandingkan dengan apa yang dapat kita lihat hari ini di observatorium terbaik di dunia, generasi berikutnya dari teleskop berbasis darat akan membuka galaksi perbatasan baru bagi kita, memecahkan penutup misteri dari alam semesta yang belum pernah terjadi sebelumnya. Selain planet, bintang, gas, plasma, lubang hitam, galaksi dan nebula, kita akan melihat objek dan fenomena yang sebelumnya tak terlihat. Dan sampai kita melihat mereka, kita tidak akan tahu persis mukjizat apa yang telah disiapkan oleh Semesta untuk kita. Berkat proyek GMT yang licik dan inovatif, objek yang kami lewatkan karena sinar difraksi bintang-bintang terdekat yang cerah akan tiba-tiba terbuka untuk kita. Kita harus mengamati Semesta yang sama sekali baru, dan teleskop unik ini akan mengungkapkan kepada kita apa yang sejauh ini tidak ada yang bisa melihat.