Poľovačka na planéty mimo našej slnečnej sústavy viedla v posledných desaťročiach k objavu tisícov kandidátov. Väčšina z nich boli plynové giganty, ktorých veľkosť siaha od Super-Jupiterov po planéty Neptúna. Viaceré z nich však boli tiež od prírody považované za „podobné Zemi“, čo znamená, že sú skalnaté a obiehajú v rámci obývateľných zón svojich hviezd.
Bohužiaľ, určenie toho, aké podmienky by mohli byť na ich povrchu, je ťažké, pretože astronómovia nie sú schopní študovať tieto planéty priamo. Našťastie medzinárodný tím pod vedením fyzika UC Santa Barbary Benjamina Mazina vyvinul nový nástroj známy ako DARKNESS. Táto supravodivá kamera, ktorá je najväčšou a sofistikovanejšou na svete, umožní astronómom detekovať planéty okolo blízkych hviezd.
Štúdia tímu, ktorá podrobne popisuje ich nástroj s názvom „DARKNESS: Mikrovlny kinetický indukčný detektorový integrovaný poľný spektrograf pre vysoko kontrastnú astronómiu“, sa nedávno objavila v Publikácie tichomorskej astronomickej spoločnosti. Tím bol vedený Benjaminom Mazinom, predsedom najhoršej experimentálnej fyziky v UCSB, a zahŕňa tiež členov laboratória Jet Propulsion Laboratory NASA, Kalifornského technologického inštitútu, Fermi National Accelerator Laboratory a viacerých univerzít.
V zásade je pre vedcov mimoriadne ťažké študovať exoplanety priamo kvôli rušeniu spôsobenému ich hviezdami. Ako Mazin vysvetlil v nedávnej tlačovej správe UCSB, „Fotografovanie exoplanety je veľmi náročné, pretože hviezda je oveľa jasnejšia ako planéta a planéta je veľmi blízko hviezdy.“ Astronómovia tak často nedokážu analyzovať svetlo odrážané z atmosféry planéty, aby určili jej zloženie.
Tieto štúdie by pomohli vytvoriť ďalšie obmedzenia týkajúce sa toho, či je planéta potenciálne obývateľná. V súčasnosti sú vedci nútení určiť, či by planéta mohla podporovať život na základe jeho veľkosti, hmotnosti a vzdialenosti od svojej hviezdy. Okrem toho sa uskutočnili štúdie, ktoré určili, či na povrchu planéty existuje voda na základe toho, ako jej atmosféra stráca vodík do vesmíru.
DARK-skvrnitý takmer infračervený energeticky rozlíšený supravodivý spektrofotometer (aka. DARKNESS), prvý 10 000 pixelový integrálny poľný spektrograf, sa snaží tento stav napraviť. V spojení s veľkým ďalekohľadom a adaptívnou optikou využíva detektory mikrovlnovej kinetickej indukčnosti na rýchle meranie svetla prichádzajúceho zo vzdialenej hviezdy a potom vysiela signál späť do gumového zrkadla, ktoré sa môže formovať do nového tvaru 2 000 krát za sekundu.
MKID umožňujú astronómom určiť energiu a čas príchodu jednotlivých fotónov, čo je dôležité pri rozlišovaní planéty od rozptýleného alebo lomeného svetla. Tento proces tiež eliminuje šum čítania a tmavý prúd - primárne zdroje chýb v iných prístrojoch - a čistí atmosférické skreslenie potlačením hviezdneho svetla.
Mazin a jeho kolegovia roky skúmajú technológiu MKID prostredníctvom laboratória Mazin, ktoré je súčasťou oddelenia fyziky UCSB. Ako Mazin vysvetlil:
„Táto technológia zníži kontrastnú podlahu, aby sme mohli zistiť slabšie planéty. Dúfame, že sa priblížime k limitu fotónového šumu, ktorý nám dá kontrastné pomery blízke 10-8, čo nám umožňuje vidieť planéty 100 miliónov krát slabšie ako hviezda. Na týchto úrovniach kontrastu vidíme niektoré planéty v odrazenom svetle, ktoré otvára celú novú oblasť planét na skúmanie. Skutočne vzrušujúce je, že ide o technologický priekopník pre ďalšiu generáciu ďalekohľadov. “
DARKNESS je teraz funkčný na 200-palcovom Hale Telescope v Palomar Observatory pri San Diegu v Kalifornii, kde je súčasťou extrémneho adaptívneho optického systému PALM-3000 a Stellar Double Coronagraph. Za posledný rok a pol tím vykonal s fotoaparátom DARKNESS štyri behy, aby otestoval svoj kontrastný pomer a ubezpečil sa, že funguje správne.
V máji sa tím vráti, aby zhromaždil viac údajov o okolitých planétach a preukázal ich pokrok. Ak všetko pôjde dobre, DARKNESS sa stane prvou z mnohých kamier určených na zobrazovanie planét okolo blízkych hviezd typu M (červeného trpaslíka), kde bolo v posledných rokoch objavených veľa skalných planét. Najvýznamnejším príkladom je Proxima b, ktorý obieha náš najbližší hviezdny systém (Proxima Centauri, vzdialený približne 4,25 svetelných rokov).
"Dúfame, že jedného dňa dokážeme vybudovať nástroj pre tridsaťmeterový ďalekohľad plánovaný pre Mauna Kea na ostrove Havaj alebo La Palma," uviedol Mazin. „Vďaka tomu dokážeme fotiť planéty v obývateľných zónach blízkych hviezd s nízkou hmotnosťou a hľadať život v ich atmosfére. To je dlhodobý cieľ a je to dôležitý krok k dosiahnutiu tohto cieľa. “
Okrem štúdia blízkych skalných planét, táto technológia tiež umožní astronómom študovať pulzary podrobnejšie a určiť redshift miliárd galaxií, čo umožní presnejšie meranie toho, ako rýchlo sa vesmír rozširuje. To zase umožní podrobnejšie štúdie o tom, ako sa náš vesmír vyvíjal v priebehu času a úlohu, ktorú zohráva temná energia.
Tieto a ďalšie technológie, ako napríklad kozmická loď Starshade navrhnutá NASA a stanfordský madot ocetter, spôsobia v nadchádzajúcich rokoch revolúciu v exoplanetových štúdiách. Spárované s ďalekohľadmi budúcej generácie - ako napríklad James Webb Space Telescope a Transiting Satellite Exoplanet Survey Satellite (TESS), ktorá bola nedávno uvedená na trh - astronómovia dokážu nielen odhaliť viac exoplanet, ale budú ich môcť charakterizovať ako nikdy predtým.
