Vânătoarea planetelor dincolo de sistemul nostru solar a dus la descoperirea a mii de candidați în ultimele decenii. Cele mai multe dintre acestea au fost giganti de gaz care variază ca mărime, de la a fi Super-Jupiteri până la planetele de dimensiunea Neptunului. Cu toate acestea, mai multe au fost de asemenea determinate să fie „asemănătoare Pământului” în natură, ceea ce înseamnă că sunt stâncoase și orbitează în zonele locuibile ale stelelor lor.
Din păcate, a determina ce condiții ar putea fi pe suprafețele lor este dificil, deoarece astronomii nu sunt în măsură să studieze direct aceste planete. Din fericire, o echipă internațională condusă de fizicianul UC Santa Barbara, Benjamin Mazin, a dezvoltat un nou instrument cunoscut sub numele de DARKNESS. Această cameră supraconductor, care este cea mai mare și mai sofisticată din lume, va permite astronomilor să detecteze planetele în jurul stelelor din apropiere.
Studiul echipei care detaliază instrumentul lor, intitulat „DARKNESS: A Microwave Kinetic Inductance Detector Integral Field Spectrograph for High-contrast Astronomy”, a apărut recent în Publicațiile Societății de Astronomie din Pacific. Echipa a fost condusă de Benjamin Mazin, catedra Worster în fizică experimentală de la UCSB și include, de asemenea, membri ai Laboratorului de Propulsie Jet de la NASA, Institutului Tehnologic din California, Laboratorului Național de Accelerator Fermi și mai multor universități.
În esență, oamenilor de știință este extrem de dificil să studieze exoplanetele direct din cauza interferenței cauzate de stelele lor. După cum a explicat Mazin într-un recent comunicat de presă UCSB, „Poza unei exoplanete este extrem de provocatoare, deoarece steaua este mult mai strălucitoare decât planeta, iar planeta este foarte aproape de stea.” Ca atare, astronomii sunt adesea incapabili să analizeze lumina reflectată în atmosfera unei planete pentru a determina compoziția acesteia.
Aceste studii ar ajuta la plasarea unor constrângeri suplimentare cu privire la faptul că o planetă este sau nu locuibilă. În prezent, oamenii de știință sunt nevoiți să stabilească dacă o planetă ar putea susține viața în funcție de dimensiunea, masa și distanța de stea. În plus, au fost efectuate studii care au stabilit dacă există sau nu apă pe suprafața unei planete pe baza modului în care atmosfera acesteia pierde hidrogenul în spațiu.
Spectrofotometrul cu rezoluție de energie supraconductoare cu rezoluție redusă a energiei DARK (de asemenea DARKNESS), primul spectrograf de câmp integral de 10.000 de pixeli, încearcă să corecteze acest lucru. În combinație cu un telescop mare și o optică adaptivă, utilizează detectoare de inductanță cinetică cu microunde pentru a măsura rapid lumina provenită de la o stea îndepărtată, apoi trimite un semnal înapoi la o oglindă de cauciuc care se poate forma într-o nouă formă de 2.000 de ori pe secundă.
MKID-urile permit astronomilor să determine energia și timpul de sosire a fotonilor individuali, ceea ce este important atunci când este vorba de a distinge o planetă de lumina împrăștiată sau refractată. Acest proces elimină, de asemenea, zgomotul citit și curentul întunecat - sursele primare de eroare în alte instrumente - și curăță distorsiunea atmosferică prin suprimarea luminii stelare.
Mazin și colegii săi explorează tehnologia MKIDs de ani buni prin Laboratorul Mazin, care face parte din Departamentul de Fizică al UCSB. După cum a explicat Mazin:
„Această tehnologie va scădea podeaua de contrast, astfel încât să putem detecta planete slabe. Sperăm să abordăm limita zgomotului fotonului, ceea ce ne va oferi raporturi de contrast apropiate de 10-8, permițându-ne să vedem planetele de 100 de milioane de ori mai slabe decât steaua. La aceste niveluri de contrast, putem vedea unele planete în lumină reflectată, care deschide un domeniu cu totul nou de planete pentru a fi explorate. Lucrul cu adevărat interesant este că acesta este un model de căutare a tehnologiei pentru următoarea generație de telescoape. ”
DARKNESS este acum operațional pe telescopul Hale de 200 de inch la Observatorul Palomar de lângă San Diego, California, unde face parte din sistemul de optică extremă adaptivă PALM-3000 și Stelar Double Coronagraph. În ultimul an și jumătate, echipa a realizat patru runde cu camera DARKNESS pentru a testa raportul de contrast și a se asigura că funcționează corect.
În luna mai, echipa se va întoarce să adune mai multe date pe planetele din apropiere și să-și demonstreze progresul. Dacă totul merge bine, DARKNESS va deveni prima dintre multe camere concepute pentru a imagina planetele din jurul stelelor în apropiere de tip M (pitic roșu), unde multe planete stâncoase au fost descoperite în ultimii ani. Cel mai notabil exemplu este Proxima b, care orbitează cel mai apropiat sistem stelar la noi (Proxima Centauri, la aproximativ 4,25 ani lumină).
„Speranța noastră este că într-o bună zi vom putea construi un instrument pentru telescopul de treizeci de metri planificat pentru Mauna Kea pe insula Hawaii sau La Palma”, a spus Mazin. „Cu aceasta, vom putea face poze cu planetele din zonele locuibile ale stelelor cu masă mică din apropiere și vom căuta viață în atmosfera lor. Acesta este obiectivul pe termen lung și acesta este un pas important în acest sens. "
Pe lângă studiul planetelor stâncoase din apropiere, această tehnologie va permite, de asemenea, astronomilor să studieze pulsarii mai detaliat și să determine redshift-ul a miliarde de galaxii, permițând măsurări mai precise despre cât de rapid se extinde Universul. La rândul său, acest lucru va permite studii mai detaliate despre modul în care Universul nostru a evoluat de-a lungul timpului și rolul jucat de Energia Întunecată.
Aceste și alte tehnologii, cum ar fi nava spațială Starshade propusă de NASA și ocultorul mdot al lui Stanford, vor revoluționa studiile exoplanetelor în următorii ani. Împerecheat cu telescoape de nouă generație - cum ar fi Telescopul spațial James Webb si Tranzitarea satelitului de sondaj Exoplanet (TESS), lansat recent - astronomii nu vor putea doar să descopere mai multe moduri de exoplanete, dar le vor putea caracteriza ca niciodată.
