Meie päikesesüsteemist kaugemate planeetide jaht on viimase paarikümne aasta jooksul avastanud tuhandeid kandidaate. Enamik neist on olnud gaasigigandid, kelle suurus ulatub Super-Jupiteritest Neptuuni suurusega planeetideni. Kuid paljud neist on ka oma olemuselt "Maa-sarnased", mis tähendab, et nad on kivised ja tiirlevad nende tähtede vastavates asustamistsoonides.
Kahjuks on keeruline kindlaks teha, millised tingimused nende pinnal võiksid olla, kuna astronoomid ei suuda neid planeete otse uurida. Õnneks on UC Santa Barbara füüsiku Benjamin Mazini juhitud rahvusvaheline meeskond välja töötanud uue instrumendi, mida tuntakse DARKNESSi nime all. See ülijuhtiv kaamera, mis on maailma suurim ja keerukaim, võimaldab astronoomidel tuvastada lähedalasuvate tähtede ümber asuvaid planeete.
Meeskonna uuring, mis kirjeldab nende instrumenti, pealkirjaga „TUMMUS: mikrolaine kineetilise induktiivsuse detektori integreeritud välja spektrograaf suure kontrastsusega astronoomia jaoks“, ilmus hiljuti Vaikse ookeani astronoomiaühingu väljaanded. Meeskonda juhtis UCSB eksperimentaalfüüsika Worsteri õppetool Benjamin Mazin ning sellesse kuuluvad ka NASA reaktiivmootorite laboratooriumi laboratooriumi, California tehnikainstituudi, Fermi riikliku kiirendi labori ja mitme ülikooli liikmed.
Põhimõtteliselt on teadlastel äärmiselt keeruline uurida eksoplaneete otse nende tähtede põhjustatud häirete tõttu. Nagu Mazin selgitas hiljutises UCSB pressiteates, "on eksoplaneedilt pildi tegemine äärmiselt keeruline, kuna täht on palju heledam kui planeet ja planeet on tähega väga lähedal." Sellisena ei suuda astronoomid planeedi atmosfääri peegelduvat valgust selle koostise määramiseks sageli analüüsida.
Need uuringud aitaksid seada täiendavaid piiranguid sellele, kas planeet on potentsiaalselt asustatav või mitte. Praegu on teadlased sunnitud selle suuruse, massi ja kauguse järgi oma tähest kindlaks tegema, kas planeet saaks elu toetada. Lisaks on läbi viidud uuringud, mis on teinud kindlaks, kas vesi eksisteerib planeedi pinnal või mitte, lähtudes sellest, kuidas atmosfäär kaotab vesiniku kosmosesse.
DARK-täpiline ligipääsmatu infrapunakiirguse eraldusvõimega ülijuhtiv spektrofotomeeter (teise nimega DARKNESS), esimene 10 000-piksline integreeritud välja spektrograaf, püüab seda parandada. Koos suure teleskoobi ja adaptiivse optikaga kasutab see mikrolaine kineetilist induktiivsuse detektorit kaugelt tähelt tuleva valguse kiireks mõõtmiseks, seejärel saadab signaali tagasi kummist peeglisse, mis võib 2000 korda sekundis moodustada uue kuju.
MKID-d võimaldavad astronoomidel määrata üksikute footonite energia ja saabumisaja, mis on oluline planeedi eristamiseks hajutatust või murdunud valgusest. See protsess kõrvaldab ka lugemismüra ja tumeda voolu - peamised veaallikad teistes instrumentides - ja puhastab atmosfääri moonutusi, vähendades tähevalgust.
Mazin ja tema kolleegid on UCSB füüsikaosakonda kuuluva Mazin Labi kaudu uurinud MKID-de tehnoloogiat juba aastaid. Nagu Mazin selgitas:
See tehnoloogia alandab kontrasti põrandat, et saaksime tuvastada õhemaid planeete. Loodame läheneda footonimüra piirmäärale, mis annab meile kontrastsuse suhte 10 lähedal-8, mis võimaldab meil näha planeete, mis on tähest 100 miljonit korda õhemad. Neil kontrastsustasanditel võime näha mõnda planeeti peegeldunud valguses, mis avab uurimiseks täiesti uue planeetide domeeni. Tõeliselt põnev on see, et see on tehnoloogia põlvkond järgmise põlvkonna teleskoopide jaoks. ”
DARKNESS töötab nüüd Californias San Diego lähedal Palomari observatooriumis asuvas 200-tollise Hale-teleskoobi juures, kus see on osa PALM-3000 äärmuslikust adaptiivsest optikasüsteemist ja Stellar Double Coronagraphist. Viimase pooleteise aasta jooksul on meeskond DARKNESS-kaameraga läbi viinud neli katset, et kontrollida selle kontrastsussuhet ja veenduda, kas see töötab korralikult.
Mais naaseb meeskond, et koguda lähedalasuvate planeetide kohta rohkem andmeid ja näidata oma edusamme. Kui kõik hästi läheb, saab TUMMUSTUS esimesest paljudest kaameratest, mis on kavandatud planeetide pildistamiseks läheduses asuvate M-tüüpi (punase kääbuse) tähtede ümber, kus viimastel aastatel on avastatud palju kiviseid planeete. Kõige silmatorkavam näide on Proxima b, mis tiirleb lähima tähesüsteemi meie omale (Proxima Centauri, umbes 4,25 valgusaasta kaugusel).
"Loodame, et ühel päeval saame ehitada instrumendi kolmekümnemeetrise teleskoobi jaoks, mis on kavandatud Mauna Keale Hawaii saarele või La Palmale," ütles Mazin. „Selle abil saame pildistada lähedalasuvate väikese massiga tähtede asustamistsooni kuuluvaid planeete ja otsida elu nende atmosfääris. See on pikaajaline eesmärk ja see on oluline samm selle poole. "
Lisaks läheduses asuvate kiviste planeetide uurimisele võimaldab see tehnoloogia ka astronoomidel detailsemalt uurida pulsaare ja teha kindlaks miljardite galaktikate punas nihe, võimaldades täpsemini mõõta, kui kiiresti Universum laieneb. See omakorda võimaldab üksikasjalikumalt uurida, kuidas meie Universum on aja jooksul arenenud ja milline on Dark Energy roll.
Need ja muud tehnoloogiad, näiteks NASA väljapakutud kosmoselaev Starshade ja okulaar Stanfordi mDot, muudavad lähiaastatel eksoplaneedi uuringutes pöörde. Paaris järgmise põlvkonna teleskoopidega - näiteks James Webbi kosmoseteleskoop ja Exoplaneti uuringu satelliidi transiit (TESS), mis hiljuti käivitus - astronoomid mitte ainult ei suuda eksoplaneetide planeerimisel rohkem avastada, vaid suudavad neid iseloomustada nagu kunagi varem.
