El interferómetro óptico de precisión de la Armada ( NPOI ) es un interferómetro astronómico estadounidense , con las líneas de base más grandes del mundo, operado por la Estación de Flagstaff del Observatorio Naval (NOFS) en colaboración con el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) y el Observatorio Lowell . El NPOI produce principalmente imágenes espaciales y astrometría, este último un componente importante necesario para la posición y navegación seguras de todo tipo de vehículos para el Departamento de Defensa. La instalación está ubicada en la Estación Anderson Mesa de Lowell en Anderson Mesa a unos 25 kilómetros (16 millas) al sureste de Flagstaff, Arizona (EE. UU.). Hasta noviembre de 2011, la instalación se conocía como el Prototipo del Interferómetro Óptico de la Armada (NPOI). Posteriormente, el instrumento pasó a llamarse temporalmente Interferómetro Óptico de la Armada, y ahora de forma permanente, Interferómetro Óptico de Precisión de la Armada Kenneth J. Johnston (NPOI), lo que refleja tanto la madurez operativa de la instalación como un homenaje a su principal impulsor y fundador retirado, Kenneth J. Johnston. [1] [2]
El proyecto NPOI fue iniciado por el Observatorio Naval de los Estados Unidos (USNO) en 1987. [3] Lowell se unió al proyecto al año siguiente cuando el USNO decidió construir el NPOI en Anderson Mesa. [4] La primera fase de construcción se completó en 1994, lo que permitió que el interferómetro detectara sus primeras franjas, o luz combinada de múltiples fuentes, ese año. [5] La Armada comenzó las operaciones científicas regulares en 1997. [6] El NPOI se ha actualizado y ampliado continuamente desde entonces, y ha estado operativo durante una década. El funcionamiento del NPOI como un interferómetro clásico se describe en Scholarpedia, [7] y en el sitio web de NPOI. [8]
El NPOI es un interferómetro astronómico dispuesto en una configuración de tres brazos en "Y", cada uno de los cuales mide 250 metros (820 pies) de largo. Hay dos tipos de estaciones que se pueden utilizar en el NPOI. Las estaciones astrométricas , que se utilizan para medir las posiciones de los objetos celestes con mucha precisión, son unidades fijas colocadas a 21 metros (69 pies) de distancia, una en cada brazo y otra en el centro. Las estaciones de imágenes se pueden mover a una de las nueve posiciones en cada brazo, y se pueden utilizar hasta seis a la vez para realizar observaciones estándar. La luz de cualquiera de los dos tipos de estación se dirige primero al sistema de alimentación, que consta de tubos largos a los que se les ha extraído todo el aire. Conducen a un patio de maniobras de espejos, donde la luz se dirige a las seis líneas de retardo largo, que es otro conjunto de tubos largos que compensan las diferentes distancias a cada estación. Luego, la luz se envía a la instalación de combinación de haces, donde ingresa a las líneas de retardo rápido. Este tercer conjunto de tubos de vacío contiene mecanismos que mueven los espejos hacia adelante y hacia atrás con un alto grado de precisión. Estos compensan el movimiento de los espejos a medida que siguen un objeto a través del cielo y otros efectos. Finalmente, la luz sale de los tubos dentro del BCF y va a la mesa de combinación de haces, donde la luz se combina de una manera que permite que se formen imágenes. [3]
Ambos tipos de estaciones tienen tres elementos: un siderostato , una cámara WASA (Adquisición de estrellas de ángulo amplio) y un espejo Narrow Angle Tracking (NAT). El primero es un espejo plano de 50 cm (20 pulgadas) de diámetro, rectificado con precisión. Las cámaras WASA controlan la orientación del espejo hacia el objetivo celeste. La luz reflejada del siderostato se dirige a través de un telescopio que estrecha el haz hasta el diámetro de los tubos, que es de 12 cm (4,7 pulgadas). Luego, la luz llega al espejo del NAT, que compensa los efectos atmosféricos y dirige la luz hacia el sistema de alimentación. [3]
En 2009, NOFS comenzó los planes finales para que NPOI incorporara cuatro telescopios óptico-infrarrojos de 1,8 m (71 pulgadas) de apertura al conjunto, que fueron aceptados por la Armada en 2010, [9] [10] y asignados a la Estación Flagstaff del Observatorio Naval . [11] Originalmente estaban destinados a ser telescopios "de apoyo" para el Observatorio WM Keck en Hawái, pero nunca se instalaron ni se incorporaron al interferómetro de Keck. Se están preparando tres telescopios para su instalación casi inmediata, [12] [13] mientras que el cuarto se encuentra actualmente en el Observatorio Mount Stromlo en Australia y se incorporará en algún momento en el futuro. [11] Los nuevos telescopios ayudarán con la obtención de imágenes de objetos débiles y una astrometría absoluta mejorada, debido a sus mayores capacidades de recolección de luz que los siderostatos existentes. [11]
NOFS opera y dirige la ciencia para el Interferómetro Óptico de Precisión de la Armada , [14] [15] como se señaló, en colaboración con el Observatorio Lowell y el Laboratorio de Investigación Naval en Anderson Mesa . NOFS financia todas las operaciones principales, y de esto contrata al Observatorio Lowell para mantener la instalación de Anderson Mesa y hacer las observaciones para NOFS para llevar a cabo la astrometría primaria. El Laboratorio de Investigación Naval (NRL) también proporciona fondos para contratar al Observatorio Lowell y al NRL para la implementación de estaciones sideróstatas de línea base adicionales, facilitando el trabajo científico primario del NRL, la obtención de imágenes sintéticas (tanto celestiales como de satélites orbitales). Cuando se complete en 2013, NPOI operará el interferómetro de línea base más largo del mundo. Las tres instituciones – USNO, [16] [17] NRL, [18] y Lowell [19] – cada una proporciona un ejecutivo para sentarse en un Panel Asesor Operativo (OAP), que guía colectivamente la ciencia y las operaciones del interferómetro. La OAP encargó al científico jefe y director del NPOI que se encargara de la ciencia y las operaciones del Panel; este gerente es un miembro de alto rango del personal del NOFS y reporta al Director del NOFS. [20]
El NPOI es un ejemplo del diseño del interferómetro de Michelson , con la ciencia principal administrada por NOFS. El Observatorio Lowell y el NRL se unen a los esfuerzos científicos a través de sus fracciones de tiempo para usar el interferómetro; el tiempo científico es 85% Navy (NOFS y NRL); y 15% Lowell. NPOI es uno de los pocos instrumentos principales a nivel mundial que puede realizar interferometría óptica . [21] [22] Vea una ilustración de su diseño, en la parte inferior. NOFS ha utilizado NPOI para realizar una amplia y diversa serie de estudios científicos, más allá del estudio de las posiciones astrométricas absolutas de las estrellas; [23] la ciencia adicional de NOFS en NPOI incluye el estudio de estrellas binarias , estrellas Be , estrellas oblatas , estrellas que giran rápidamente , aquellas con manchas estelares y la obtención de imágenes de discos estelares (la primera en la historia) y estrellas en llamaradas . [24] En 2007-2008, NRL con NOFS utilizó NPOI para obtener los primeros precursores de imágenes de fase de cierre de satélites que orbitan en órbita geoestacionaria . [25] [26]
El NRL y el Observatorio Lowell han desarrollado planes de instalación para un conjunto de 1 m, basándose en la ciencia financiada realizada.
Los interferómetros ópticos son telescopios colectores de fotones extremadamente complejos, de apertura sin relleno, en el campo visual (a veces también en el infrarrojo cercano), que producen imágenes sintetizadas y datos de franjas "sobre la marcha" (a diferencia de los interferómetros de radio , que tienen el privilegio de registrar los datos para una síntesis posterior ), esencialmente mediante la realización de una transformada de Fourier inversa de los datos entrantes. La astrometría se entiende por la medición precisa de las adiciones de líneas de retardo durante la formación de franjas, para que coincidan con las diferencias de la trayectoria de la luz desde los extremos de la línea de base. Utilizando esencialmente trigonometría, se puede determinar el ángulo y la posición hacia donde está "apuntado" el conjunto, infiriendo así una posición precisa en la esfera del cielo.
Solo existen unos pocos que pueden considerarse operativos. Hasta la fecha, NPOI ha producido imágenes ópticas de mayor resolución de cualquier instrumento astronómico, aunque esto puede cambiar cuando el conjunto CHARA y el interferómetro del Observatorio Magdalena Ridge comiencen a operar en la banda óptica. [27] El primer objeto astronómico fotografiado (resuelto) por NPOI fue Mizar y, desde entonces, se ha realizado una cantidad significativa de estudios de astrometría , marcos de referencia, estrellas de rotación rápida y discos estelares Be. [28] NPOI es capaz de determinar posiciones de objetos celestes con una precisión de unos pocos milisegundos de arco, en parte debido al anclaje óptico de sus componentes utilizando un complejo conjunto de láseres de metrología que conectan los elementos ópticos principales entre sí y al lecho rocoso.
También se utilizan muchos láseres especializados para alinear el largo tren de ópticas. El actual conjunto de sideróstatos del NPOI sigue siendo el único interferómetro óptico de línea de base larga (437 metros) del mundo que puede co-fasear simultáneamente seis elementos. [29] Se espera que el NPOI crezca significativamente en capacidad con la adición pendiente de cuatro telescopios IR/Ópticos de 1,8 metros de apertura al conjunto actual. [11] El conjunto mejorado también empleará técnicas de óptica adaptativa . Esta disposición y la mayor apertura dispersa permitirán mejoras significativas en la capacidad científica, desde un aumento de diez veces en la medición de objetivos astrométricos de gran angular cada vez más débiles, hasta una determinación posicional mejorada para numerosas estrellas binarias y en llamaradas. Cuando se complete la adición del telescopio de 1,8 m, el NPOI también emprenderá estudios adicionales de polvo y discos protoplanetarios, y sistemas planetarios y su formación. [30]
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