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 del Observatorio Naval de Flagstaff (NOFS) en colaboración con el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) y el Observatorio Lowell . El NPOI produce principalmente imágenes espaciales y astrometría; este último es 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 interferómetro óptico prototipo de la Marina (NPOI). Posteriormente, el instrumento pasó a llamarse temporalmente Interferómetro Óptico de la Marina y, ahora de forma permanente, Interferómetro Óptico de Precisión de la Marina (NPOI) Kenneth J. Johnston, lo que refleja la madurez operativa de la instalación y rinde homenaje a su principal conductor 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 viera sus primeras franjas, o luz combinada de múltiples fuentes, ese año. [5] La Armada comenzó operaciones científicas regulares en 1997. [6] El NPOI se ha mejorado y ampliado continuamente desde entonces, y ha estado operativo durante una década. El funcionamiento de NPOI como interferómetro clásico se describe en Scholarpedia [7] y en el sitio de NPOI. [8]
El NPOI es un interferómetro astronómico dispuesto en una configuración en "Y" de tres brazos, cada uno de los cuales, igualmente espaciados, mide 250 metros (820 pies) de largo. Hay dos tipos de estaciones que se pueden utilizar en el NPOI. Las estaciones astrométricas , utilizadas para medir con mucha precisión las posiciones de los objetos celestes, 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 usar hasta seis a la vez para realizar observaciones estándar. La luz de cualquier tipo de estación se dirige primero al sistema de alimentación, que consta de tubos largos a los que se les ha evacuado todo el aire. Conducen a un patio de maniobras de espejos, desde donde la luz se dirige a las seis líneas de retardo largo, que son 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 cuando 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 formar imágenes. [3]
Ambos tipos de estaciones cuentan con tres elementos: un siderostato , una cámara de adquisición de estrellas de gran angular (WASA) y un espejo de seguimiento de ángulo estrecho (NAT). El primero es un espejo plano rectificado con precisión de 50 cm (20 pulgadas) de diámetro. Las cámaras WASA controlan la orientación del espejo hacia el objetivo celeste. La luz reflejada por el siderostato se dirige a través de un telescopio que estrecha el haz hasta el diámetro de las tuberías, que es de 12 cm (4,7 pulgadas). La luz incide entonces en el 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 ópticos-infrarrojos de apertura de 1,8 m (71 pulgadas) en el 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 "estabilizadores" para el Observatorio WM Keck en Hawaii, pero nunca fueron instalados ni incorporados 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 mejorarán la astrometría absoluta, debido a su mayor capacidad de captación de luz que los sideróstatos existentes. [11]
NOFS opera y dirige la ciencia del interferómetro óptico de precisión de la Marina , [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, a partir de esto, contrata al Observatorio Lowell para mantener las instalaciones de Anderson Mesa y realizar las observaciones para que NOFS realice la astrometría primaria. El Laboratorio de Investigación Naval (NRL) también proporciona fondos para contratar la implementación por parte del Observatorio Lowell y del NRL de estaciones siderostatas adicionales de línea de base larga, lo que facilita el trabajo científico principal del NRL, las imágenes sintéticas (tanto celestes como de satélites orbitales). Cuando esté terminado en 2013, NPOI contará con el interferómetro de referencia más largo del mundo. Las tres instituciones – USNO, [16] [17] NRL, [18] y Lowell [19] – cada una proporciona un ejecutivo para formar parte de un Panel Asesor Operacional (OAP), que guía colectivamente la ciencia y las operaciones del interferómetro. La OAP encargó al científico jefe y director del NPOI que realizara la ciencia y las operaciones del Panel; este gerente es un miembro senior del personal de NOFS y reporta al Director de NOFS. [20]
NPOI es un ejemplo del diseño del interferómetro de Michelson , cuya ciencia principal está a cargo de NOFS. El Observatorio Lowell y el NRL se suman a los esfuerzos científicos a través de sus fracciones de tiempo para utilizar el interferómetro; el tiempo científico es 85% de la Marina (NOFS y NRL); y 15% Lowell. NPOI es uno de los pocos instrumentos importantes a nivel mundial que puede realizar interferometría óptica . [21] [22] Véase 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 (los primeros en la historia) y estrellas llamaradas . [24] En 2007-2008, NRL con NOFS utilizó NPOI para obtener por primera vez precursores de imágenes de fase de cierre de satélites que orbitan en órbita geoestacionaria . [25] [26]
NRL y el Observatorio Lowell han desarrollado planes de instalación para un conjunto de 1 m, basándose en la ciencia realizada financiada.
Los interferómetros ópticos son telescopios extremadamente complejos y de apertura vacía que recogen fotones en el campo visual (a veces también en el infrarrojo cercano ), que producen imágenes sintetizadas y datos marginales "sobre la marcha" (a diferencia de los radiointerferómetros que tienen el privilegio de registrar los datos para su posterior síntesis) . ), esencialmente tomando una transformada de Fourier inversa de los datos entrantes. La astrometría se entiende midiendo con precisión las adiciones de líneas de retardo durante las franjas, para igualar las diferencias del camino de la luz desde los extremos de la línea de base. Utilizando esencialmente trigonometría, se puede determinar el ángulo y la posición hacia donde "apunta" la matriz, infiriendo así una posición precisa en la esfera del cielo.
Sólo existen unos pocos que pueden considerarse operativos. Hasta la fecha, NPOI ha producido las 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 banda óptica. [27] El primer objeto astronómico fotografiado (resuelto) por NPOI fue Mizar y, desde entonces, se ha realizado una cantidad significativa de astrometría , marco de referencia, estrella de rotación rápida y estudio del disco estelar 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 mediante una compleja matriz metrológica de láseres que conectan los principales elementos ópticos entre sí y con el lecho de roca.
También se utilizan muchos láseres especializados para alinear el largo tren de ópticas. El actual conjunto de siderostatos NPOI sigue siendo el único interferómetro óptico de línea de base larga (437 metros) del mundo que puede cofasar simultáneamente seis elementos. [29] Se espera que NPOI crezca significativamente en capacidad con la adición pendiente de cuatro telescopios ópticos/IR de apertura de 1,8 metros al conjunto actual. [11] El conjunto mejorado también empleará técnicas de óptica adaptativa . Este diseño y una mayor apertura escasa permitirán mejoras significativas en la capacidad científica, desde un aumento de diez veces en la medición de objetivos de astrometría de gran angular cada vez más débiles, hasta una mejor determinación de la posición de numerosas estrellas binarias y fulgurantes. Cuando se complete la incorporación del telescopio de 1,8 m, NPOI también emprenderá estudios adicionales de polvo y discos protoplanetarios, y sistemas planetarios y su formación. [30]
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