Lov za planetami mimo naši sluneční soustavu vedl v posledních několika desetiletích k objevu tisíců kandidátů. Většina z nich byly plynové obři, jejichž velikost sahá od Super Jupiters po planety Neptun. Několik z nich však bylo v přírodě také určeno jako „podobné Zemi“, což znamená, že jsou skalní a obíhají uvnitř příslušných obyvatelných zón svých hvězd.
Bohužel je obtížné určit, jaké podmínky na jejich povrchu budou mít, protože astronomové nemohou tyto planety přímo studovat. Naštěstí mezinárodní tým vedený fyzikem UC Santa Barbary Benjaminem Mazinem vyvinul nový nástroj známý jako DARKNESS. Tato supravodivá kamera, která je největší a sofistikovanější na světě, umožní astronomům detekovat planety kolem blízkých hvězd.
Studie týmu, která podrobně popisuje jejich nástroj s názvem „DARKNESS: Mikrovlnný kinetický indukční detektor integrovaný polní spektrograf pro vysoce kontrastní astronomii“, se nedávno objevila v Publikace Tichomořské astronomické společnosti. Tým byl veden Benjaminem Mazinem, nejhorším předsedou experimentální fyziky v UCSB, a také členy členů NASA Jet Propulsion Laboratory, Kalifornského technologického institutu, Fermi National Accelerator Laboratory a několika univerzit.
V zásadě je pro vědce extrémně obtížné studovat exoplanety přímo kvůli rušení způsobenému jejich hvězdami. Jak Mazin vysvětlil v nedávné tiskové zprávě UCSB, „Fotografování exoplanety je nesmírně náročné, protože hvězda je mnohem jasnější než planeta a planeta je velmi blízko této hvězdě.“ Astronomové jako takové často nejsou schopni analyzovat světlo odrážející se od atmosféry planety, aby určili její složení.
Tyto studie by pomohly vytvořit další omezení ohledně toho, zda je planeta potenciálně obyvatelná. V současné době jsou vědci nuceni určit, zda by planeta mohla podporovat život na základě jeho velikosti, hmotnosti a vzdálenosti od své hvězdy. Kromě toho byly provedeny studie, které určily, zda na povrchu planety existuje voda na základě toho, jak její atmosféra ztrácí vodík do vesmíru.
DARK-skvrnitý téměř infračervený energeticky rozlišený supravodivý spektrofotometr (aka. DARKNESS), první 10 000 pixelový integrální polní spektrograf, se snaží tento problém napravit. Ve spojení s velkým dalekohledem a adaptivní optikou používá detektory mikrovlnné kinetické indukčnosti k rychlému změření světla přicházejícího ze vzdálené hvězdy a poté vysílá signál zpět do pryžového zrcadla, které se může formovat do nového tvaru 2 000krát za sekundu.
MKID umožňují astronomům určit energii a čas příjezdu jednotlivých fotonů, což je důležité, pokud jde o rozlišení planety od rozptýleného nebo lomeného světla. Tento proces také eliminuje čtecí šum a temný proud - primární zdroje chyb u jiných přístrojů - a čistí atmosférické zkreslení potlačením hvězdného světla.
Mazin a jeho kolegové roky zkoumají technologii MKID prostřednictvím laboratoře Mazin, které je součástí Fyzikálního oddělení UCSB. Jak vysvětlil Mazin:
„Tato technologie sníží kontrastní podlahu, abychom mohli detekovat slabší planety. Doufáme, že se přiblížíme k limitu fotonového šumu, který nám dá kontrastní poměry blízké 10-8, což nám umožňuje vidět planety 100 miliónkrát slabší než hvězda. Na těchto úrovních kontrastu vidíme některé planety v odraženém světle, které otevírá zcela novou doménu planet k prozkoumání. Opravdu vzrušující je, že se jedná o technologický průkopník pro příští generaci dalekohledů. “
DARKNESS je nyní funkční na 200palcovém dalekohledu Hale na observatoře Palomar poblíž San Diega v Kalifornii, kde je součástí extrémního adaptivního optického systému PALM-3000 a hvězdného dvojitého koronografu. Během uplynulého roku a půl provedl tým s kamerou DARKNESS čtyři běhy, aby otestoval svůj kontrastní poměr a ujistil se, že funguje správně.
V květnu se tým vrátí, aby shromáždil více údajů o okolních planetách a prokázal jejich pokrok. Pokud vše půjde dobře, DARKNESS se stane první z mnoha kamer určených k zobrazení planet kolem blízkých hvězd typu M (červený trpaslík), kde bylo v posledních letech objeveno mnoho skalních planet. Nejpozoruhodnějším příkladem je Proxima b, který obíhá nejbližší hvězdný systém k našemu vlastnímu (Proxima Centauri, vzdálený přibližně 4,25 světelných let).
"Doufáme, že jednoho dne budeme moci postavit nástroj pro třicetimetrový dalekohled plánovaný pro Mauna Kea na ostrově Havaj nebo La Palma," řekl Mazin. "Díky tomu budeme moci fotit planety v obyvatelných zónách blízkých nízkohmotných hvězd a hledat život v jejich atmosféře." To je dlouhodobý cíl, a to je důležitý krok k tomu. “
Kromě studia blízkých skalních planet tato technologie také umožní astronomům studovat podrobněji pulsary a určit redshift miliard galaxií, což umožní přesnější měření toho, jak rychle se vesmír rozšiřuje. To zase umožní podrobnější studie o tom, jak se náš vesmír vyvíjel v průběhu času a roli, kterou hraje temná energie.
Tyto a další technologie, jako jsou kosmická loď Starshade navržená NASA a Stanfordův mDot oculter, v nadcházejících letech revolucionizují exoplanetové studie. Spárovány s dalekohledy nové generace - jako je James Webb Space Telescope a Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), který byl nedávno uveden na trh - astronomové budou nejen schopni objevit více způsobem exoplanet, ale budou schopni je charakterizovat jako nikdy předtím.
