Interferómetro óptico de precisión de la Armada

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 el Laboratorio de Investigación Naval (NRL). Hasta finales de 2022, fue operado por un consorcio que incluía al NRL junto con la Estación del Observatorio Naval de Flagstaff (NOFS) y el Observatorio de Lowell . El NPOI produce principalmente imágenes espaciales y astrometría, esta última un componente fundamental para el posicionamiento y la navegación seguros de todo tipo de vehículos del 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 era conocida como el Interferómetro Óptico Prototipo de la Armada (NPOI). Posteriormente, el instrumento fue renombrado temporalmente como Interferómetro Óptico de la Armada, y ahora de forma permanente, como Interferómetro Óptico de Precisión de la Armada Kenneth J. Johnston (NPOI), lo que refleja tanto la madurez operativa de la instalación como el homenaje a su principal impulsor y fundador jubilado, 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 al interferómetro observar sus primeras franjas, o luz combinada de múltiples fuentes, ese mismo año. ^{[ 5 ]} La Armada comenzó las operaciones científicas regulares en 1997. ^{[ 6 ]} El NPOI ha sido continuamente actualizado y ampliado desde entonces. El funcionamiento del NPOI como interferómetro clásico se describe en Scholarpedia, ^{[ 7 ]} y en el sitio web del NPOI. ^{[ 8 ]}

El NPOI es un interferómetro astronómico con una configuración en "Y" de tres brazos, cada uno de 250 metros (820 pies) de longitud y con una separación uniforme. Existen dos tipos de estaciones que se pueden utilizar en el NPOI. Las estaciones astrométricas , utilizadas para medir con gran precisión la posición de los objetos celestes, son unidades fijas separadas por 21 metros (69 pies) , una en cada brazo y otra en el centro. Las estaciones de imagen se pueden mover a una de las nueve posiciones disponibles en cada brazo, y se pueden utilizar hasta seis simultáneamente para realizar observaciones estándar. La luz de cualquiera de los dos tipos de estación se dirige primero al sistema de alimentación, que consiste en tubos largos desprendidos de todo el aire. Estos tubos conducen a un conjunto de espejos, donde la luz se dirige a las seis líneas de retardo largas, otro conjunto de tubos largos que compensan las diferentes distancias a cada estación. Posteriormente, la luz se envía a la instalación de combinación de haces, donde entra en las líneas de retardo rápidas. Este tercer conjunto de tubos al vacío contiene mecanismos que mueven los espejos de un lado a otro con gran precisión. Estos compensan el movimiento de los espejos al seguir un objeto en el cielo, así como otros efectos. Finalmente, la luz sale de los tubos dentro del BCF y se dirige a la mesa de combinación de haces, donde se combina para formar imágenes. ^{[ 3 ]}  

Ambos tipos de estación constan de tres elementos: un siderostato , una cámara de adquisición estelar de gran angular (WASA) y un espejo de seguimiento de ángulo estrecho (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 por el siderostato se dirige a través de un telescopio que reduce el haz al diámetro de los tubos, que es de 12 cm (4,7 pulgadas) . La luz incide entonces en el espejo del NAT, que compensa los efectos atmosféricos y la dirige al 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, los cuales 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 "extremo" para el Observatorio WM Keck en Hawái, pero nunca se instalaron ni se incorporaron al interferómetro de Keck. Se planificó la instalación inicial de tres telescopios, ^{[ 12 ] [ 13 ]} aunque estos planes se han archivado. 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 su mayor capacidad de captación de luz que los siderostatos existentes. ^{[ 11 ]}  

El NRL gestiona y lidera la investigación científica del NPOI.

Tras la cancelación del proyecto de cuatro telescopios de 1,8 m con estabilizadores laterales, el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) y el Observatorio Lowell desarrollaron planes para la instalación de un conjunto de tres telescopios de 1 metro, basándose en la investigación científica financiada. Se adquirieron tres telescopios PlaneWave CDK1000 para este proyecto, y la instalación inicial de dos de ellos se completó en 2020.

NPOI es un ejemplo del diseño del interferómetro de Michelson , con la ciencia principal gestionada por NRL. NPOI es uno de los pocos instrumentos importantes a nivel mundial que puede realizar interferometría óptica . ^{[ 14 ] [ 15 ]} Véase una ilustración de su disposición, en la parte inferior. NOFS ha utilizado NPOI para llevar a cabo una amplia y diversa serie de estudios científicos, más allá del estudio de las posiciones astrométricas absolutas de las estrellas; ^{[ 16 ]} la ciencia adicional de NOFS en NPOI incluye el estudio de estrellas binarias , estrellas Be , estrellas oblatas , estrellas de rotación rápida , aquellas con manchas estelares y la obtención de imágenes de discos estelares (las primeras en la historia) y estrellas fulgurantes . ^{[ 17 ]} En 2007-2008, NRL con NOFS utilizó NPOI para obtener las primeras imágenes precursoras de la fase de cierre de satélites que orbitan en órbita geoestacionaria . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Los interferómetros ópticos son telescopios de recolección de fotones de apertura no rellena, extremadamente complejos, que operan en el espectro visible (y a veces también en el infrarrojo cercano ). Producen imágenes sintetizadas y datos de franjas "sobre la marcha" (a diferencia de los radiointerferómetros , que registran los datos para su posterior síntesis), esencialmente mediante la transformada inversa de Fourier de los datos entrantes. La astrometría se entiende midiendo con precisión las sumas de líneas de retardo durante la detección de franjas, para igualar las diferencias de trayectoria de la luz desde los extremos de la línea base. Utilizando principalmente trigonometría , se puede determinar el ángulo y la posición hacia donde apunta el conjunto de detectores, infiriendo así una posición precisa en la esfera celeste.

Solo 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 podría cambiar cuando el conjunto CHARA y el Interferómetro del Observatorio Magdalena Ridge comiencen a operar en la banda óptica. ^{[ 20 ]} El primer objeto astronómico fotografiado (resuelto) por NPOI fue Mizar , y desde entonces, se ha realizado una cantidad significativa de astrometría , marco de referencia de enlace, estrella de rotación rápida y estudio del disco estelar Be. ^{[ 21 ]} NPOI es capaz de determinar las posiciones de los objetos celestes con una precisión de unos pocos miliarcosegundos, en parte debido al anclaje óptico de sus componentes mediante un complejo conjunto de metrología de láseres 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 conjunto de siderostatos NPOI y el conjunto CHARA son los únicos interferómetros ópticos de línea de base larga del mundo que pueden cofasear simultáneamente seis elementos. ^{[ 22 ]}

• Lista de interferómetros astronómicos en longitudes de onda visibles e infrarrojas
• Lista de tipos de telescopios

• Estación Flagstaff del Observatorio Naval de los Estados Unidos
• Información adicional de USNOFS. Enlace obsoleto archivado el 5 de agosto de 2012 en archive.today.
• Sitio web del Observatorio Lowell NPOI archivado el 6 de abril de 2012 en Wayback Machine.