6.2 Il Progetto SHARK
6.2.1 Layout dell’apparato SHARK-NIR
Il canale NIR provveder`a imaging sia diretto che coronografico in un campo di circa 1500× 1500. Nella figura 6.4 `e mostrato il layout dell’apparato, che si basa sull’impiego di quattro parabole fuori asse, con lo scopo di massimiz-zare la qualit`a ottica entro il campo di vista (SR > 97.7%) e minimizzare le dimensioni della strumentazione. L’intero apparato pu`o ruotare su un cuscinetto meccanico per compensare le rotazioni del campo e prevede uno specchio deformabile dedicato guidato da un sensore a bassa frequenza per le correzioni di tip-tilt su pose lunghe.
Figura 6.5: Schema ottico dell’apparato SHARK-NIR.
• Una parabola fuori asse (OAP-1) crea un piano pupilla di circa 12 mm di diametro nello specchio deformabile (DM).
• Una ruota porta filtri permette di selezionare varie maschere apodiz-zanti, posizionate 50 mm dopo il piano pupilla.
• Immediatamente dopo, sul fascio collimato, `e piazzata un’unit`a ADC (Atmospheric Dispersion Corrector) per la correzione della diffrazio-ne atmosferica. Questa unit`a non `e fissa, per ottimizzare le presta-zioni quando si osserva ad altitudini che non richiedono correpresta-zioni (normalmente distanze zenitali minori di 25-30◦).
• Tra l’ADC e la seconda parabola fuori asse (OAP-2) un ’beam-splitter’ manda una piccola porzione di luce (∼ 5%) a un sensore di tip-tilt com-posto di una lente e un detector sensibile alla banda J. Questo sensore a bassa frequenza (nell’ordine di una rilevazione al minuto) permette di rilevare eventuali spostamenti dello spot durante una singola posa, in modo che possa essere compensato dal DM e mantenere l’allineamento delle maschere con l’oggetto osservato.
• L’OAP-2 rifocalizza il fascio su un piano focale intermedio (FP-1), dove una ruota porta filtri pu`o selezionare tra 10 diverse maschere occultanti. La stessa ruota pu`o ospitare un paio di ’Grism’ (combi-nazione prisma-reticolo di diffrazione) a bassa risoluzione (R ∼ 100 e R ∼ 1000) per permettere la caratterizzazione spettrale dell’oggetto osservato.
• Dopo uno specchio piegevole, una terza parabola fuori asse (OAP-3) ri-crea il secondo piano pupilla, dove una ruota porta filtri pu`o selezionare tra 10 stop di pupilla, usati per compensare l’effetto dell’oscurazione centrale e degli spiders e per minimizzare gli effetti diffrattivi. Sullo stesso fascio collimato, due ruote porta filtri aggiuntive (posizionate tra il piano pupilla e lo specchio pieghevole Fold-3) permetteranno l’inserimento ognuna di altri sette filtri scientifici.
• Dopo uno specchio pieghevole, la quarta parabole fuori asse (OAP-4) crea il piano focale finale nel detector.
La finestra d’entrata della camera `e mantenuta a 200 mm di distanza dal detector in virt`u del diaframma necessario per minimizzare il rumore termico.
Il design attuale di SHARK-NIR prevede quindi due piani intermedi di pupilla e due focali, permettendo l’implementazione di una grande variet`a di tecniche coronografiche, incluse quelle che richiedono apodizzazione della pupilla, come per l’appunto l’Apodized Pupil Lyot Coronagraph (APLC). Dopo un’accurata valutazione delle varie tecniche a disposizione, considerate sia le caratteristiche delle tecniche pi`u diffuse sia la situazione del LBT, al momento (agosto 2016) sono quattro i candidati favoriti.
6.2. IL PROGETTO SHARK 109
Figura 6.6: Concept opto-meccanico della strumentazione SHARK-NIR
• Coronografo Lyot, che richiede una maschera occultante nel primo piano focale e uno stop sul secondo piano pupilla.
• Gaussian Lyot, che richiede una maschera gaussiana nel primo piano focale e uno stop sul secondo piano pupilla.
• Shaped Pupil, che richiede una maschera apodizzante binaria sul primo piano pupilla e uno stop sul secondo piano pupilla. Possibile l’utilizzo di SPLC con l’aggiunta di una maschera occultante sul primo piano focale.
• APLC, che richiede una maschera apodizzante a valle del primo piano pupilla, una maschera occultante nel primo piano focale e uno stop sul secondo piano pupilla.
Capitolo 7
Simulazioni
7.1 Software utilizzato per le simulazioni
In questa sezione riportiamo i risultati delle simulazioni. Esse sono state eseguite con un notebook commerciale (Toshiba L755, processore Intel Core i5-2430M, 6Gb di RAM, processore ausilario Nvidia Geforce GT 525M con 2Gb di RAM), utilizzando il linguaggio operativo Python tramite la suite Anaconda (https://www.continuum.io/). L’Osservatorio Astrofisico di Pa-dova, nelle persone di Jacopo Farinato, Daniele Vassallo ed Elena Carolo ha fornito tutte le informazioni per poter adattare le simulazioni alla situazione del progetto SHARK-NIR visto nel capitolo precedente. Inoltre ha fornito un continuo supporto in loco e a distanza per poter verificare che le immagi-ni prodotte fossero paragonabili con quelle ottenute dal team scientifico del progetto con il software PROPER su linguaggio IDL.
Di seguito verrannno simulate tecniche coronografiche al momento (Ago-sto 2016) scelte per essere implementate nella strumentazione di SHARK-NIR, ossia Classic, Gaussian e Shaped Pupil Lyot Coronagraph, con in ag-giunta la tecnica Four Quadrant Phase Mask. Quest’ultima riscuote at-tualmente molto interesse presso il team del James Webb Space Telescope (www.jwst.nasa.gov), ed ha dimostrato un’ottima affinit`a per essere simula-ta tramite Python. Essa permetterebbe una trasmissivit`a maggiore rispetto all’utilizzo di maschere rigide o apodizzanti sul piano focale ed un IWA di 1.5λ/D. Tuttavia la sua capacit`a di cancellare gli effetti di diffrazione nelle osservazioni da terra, quindi con fluttuazioni sulla fase del fronte d’onda incidente, rimane incognita: con queste simulazioni cercheremo di fornire un’idea quantitativa della perdita di prestazioni.
Del James Webb Space Telescope sono anche le librerie utilizzate per la propagazione ottica, POPPY (https://pythonhosted.org/poppy/). Inizial-mente sviluppate per il testing di tecniche coronografiche per il telescopio spaziale, sono state rese completamente pubbliche e modificabili. Le simu-lazioni effettuate in questa tesi si appoggiano a queste librerie per quanto
riguarda la propagazione del fronte d’onda e la creazione di maschere sui piani pupilla e focale. Nonostante POPPY fornisca, tra le tante, anche stru-menti di lavoro sui datacube atmosferici e di visualizzazione dei risultati, si `e scelto di utilizzare soluzioni alternative create ad hoc per poter beneficiare di maggiore flessibilit`a.