Izračunati intenzitet vrtlog koronagrafa za jedan izvor sličan točkama. Kreditna slika: Grover Swartzlander. Klikni za veću sliku
„Neki kažu da proučavam tamu, a ne optiku“, šali se Grover Swartzlander.
Ali to je vrsta tame koja će astronomima omogućiti da ugledaju svjetlost.
Swartzlander, izvanredni profesor na Fakultetu optičkih znanosti Sveučilišta u Arizoni, razvija uređaje koji blokiraju zasljepljujuću zvjezdanu svjetlost, omogućujući astronomima da proučavaju planete u obližnjim solarnim sustavima.
Uređaji se također mogu pokazati vrijednim za optičku mikroskopiju i mogu se koristiti za zaštitu kamera i sustava za obradu slike od odsjaja.
Jezgra ove tehnologije je „optička vrtložna maska“ - tanki, maleni, prozirni stakleni čip koji je urezan nizom koraka u obrascu sličnom spiralnom stubištu.
Kad svjetlost udari masku, ona se usporava više u debljim slojevima nego u tanjim. Na kraju se svjetlost podijeli i pomakne faza, tako da su neki valovi za 180 stupnjeva izvan faze. Svjetlost se vrti kroz masku poput vjetra u uraganu. Kad dospije do "oka" ovog optičkog twistera, svjetlosni valovi koji su 180 stupnjeva izvan faze jedno se drugo prekidaju, ostavljajući potpuno tamnu središnju jezgru.
Swartzlander kaže da je to poput svjetlosti koje slijedi kroz navoje vijka. Nagib optičkog "vijka" - udaljenost između dvaju susjednih navoja - je kritičan. "Stvaramo nešto posebno gdje bi visina tona trebala odgovarati promjeni u fazi jedne valne duljine svjetlosti", objasnio je. "Ono što želimo je maska koja u biti siječe ovu ravninu, ili lim, dolazne svjetlosti i uvija je u kontinuirani spiralni snop."
"Ono što smo nedavno otkrili je nevjerojatno s teoretskog stajališta", dodao je.
"Matematički, lijepo je."
Optički vrtlozi nisu nova ideja, napomenuo je Swartzlander. Ali tek sredinom 1990-ih znanstvenici su mogli proučavati fiziku koja stoji iza njega. Tada su takva istraživanja omogućila napredak u računalno generiranim hologramima i visoko preciznoj litografiji.
Swartzlander i njegovi diplomirani studenti, Gregory Foo i David Palacios, privukli su medijsku pažnju nedavno kada su „Lettika optike“ objavila svoj članak o tome kako se optičke vrtložne maske mogu koristiti na moćnim teleskopima. Maske bi se mogle upotrijebiti za blokiranje svjetlosti zvijezde i omogućiti astronomima da izravno otkriju svjetlost sa 10-milijardi milijardi dimera, planeta oko orbite.
To bi se moglo učiniti s „optičkim vrtložnim koronagrafom“. U tradicionalnom koronagrafu neprozirni disk koristi se za blokiranje svjetlosti zvijezde. Ali astronomi koji traže blijede planete u blizini svijetlih zvijezda ne mogu koristiti tradicionalni koronagraf jer odsjaji zvijezde razlaze oko diska, zatamnjujući svjetlost koja se odbija od planete.
"Svaka mala količina izlučenog svjetla od zvijezda i dalje će nadvladati signal planeta", objasnio je Swartzlander. "Ali ako se spirala vrtložne maske podudara točno sa središtem zvijezde, maska stvara crnu rupu u kojoj nema raspršenog svjetla i vidjet ćete bilo koji planet sa strane."
Tim UA-a, u kojem je bio i Eric Christensen iz UA-ovog Lunarnog i planetarnog laboratorija, pokazao je prototip optičkog vrtlog koronagrafa na 60-inčnom teleskopu Mount Lemmon Observatory Stewarda prije dvije godine. Nisu mogli tražiti planete izvan našeg Sunčevog sustava jer 60-inčni teleskop nije opremljen adaptivnom optikom koja ispravlja atmosferske turbulencije.
Umjesto toga, tim je fotografirao Saturn i njegove prstenove kako bi pokazao koliko se lako može koristiti takva maska sa postojećim sustavom kamera teleskopa. Fotografija s testa je dostupna na web lokaciji Swartzlandera, http://www.u.arizona.edu/~grovers.
Optički vrtložni koronagrami mogli bi biti korisni budućim svemirskim teleskopima, poput NASA-inog zemaljskog pretraživača planeta (TPF) i misije Europske svemirske agencije Darwin, primijetio je Swartzlander. TPF misija će koristiti svemirske teleskope za mjerenje veličine, temperature i smještanja planeta malih kao što je Zemlja u naseljena područja udaljenih solarnih sustava.
"Prijavljujemo se za bespovratna sredstva kako bismo napravili bolju masku - da stvarno povećamo ovu stvar radi bolje kvalitete optike", rekao je Swartzlander. "To sada možemo pokazati u laboratoriju za laserske zrake, ali potrebna nam je stvarno kvalitetna maska da se približimo onome što je potrebno za teleskop."
Veliki je izazov razvijanje načina da se maska utisne u jezgru "velike masne nulte svjetlosti", rekao je.
Swartzlander i njegovi diplomirani studenti rade numeričke simulacije kako bi odredili pravilan tok za spiralne maske na željenim optičkim valnim duljinama. Swartzlander je podnio patent za masku koja pokriva više od jedne valne duljine ili boje svjetlosti.
Američki ured za istraživanje vojske i Država Arizona Proposition 301 financijski podržavaju ovo istraživanje.
Ured za istraživanje vojske financira osnovna istraživanja optičkih znanosti, iako Swartzlanderov rad također ima praktične aplikacije za obranu.
Optičke vrtložne maske također se mogu koristiti u mikroskopiji kako bi se poboljšao kontrast između bioloških tkiva.
Izvorni izvor: UA News Release
