A Naprendszerünkön túli bolygók vadászata több ezer jelölt felfedezéséhez vezetett az elmúlt néhány évtizedben. Ezek többsége olyan óriás óriás óriás volt, amelyek nagysága a szuper-Jupiterektől a Neptunusz méretű bolygókig terjed. Néhányan azonban azt is megállapították, hogy „földszerű” jellegű, vagyis sziklás és pályája a csillagok megfelelő lakóövezetében van.
Sajnos nehéz meghatározni, hogy milyen feltételek lehetnek a felületükön, mivel a csillagászok nem képesek ezeket a bolygókat közvetlenül megvizsgálni. Szerencsére az UC Santa Barbara fizikus, Benjamin Mazin vezette nemzetközi csapat kifejlesztett egy új eszközt, a DARKNESS néven. Ez a szupravezető kamera, amely a világ legnagyobb és legkifinomultabb, lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy felfedezzék a közeli csillagok körüli bolygót.
A csoport tanulmánya, amely részletezi az eszközüket, a „SÖNNESSÉG: A mikrohullámú kinetikus indukciós detektor integrált terepi spektrográfja a nagy kontrasztú csillagászathoz” című, nemrégiben megjelent A Csendes-óceán Csillagászati Társaságának kiadványai. A csoportot Benjamin Mazin vezette, az UCSB kísérleti fizikai Worster székét, és tagjai között vannak a NASA sugárhajtású laboratóriumának, a kaliforniai Technológiai Intézetnek, a Fermi Nemzeti Gyorsító laboratóriumnak és több egyetemnek.
Alapvetően rendkívül nehéz a tudósok számára az exoplanetek közvetlen tanulmányozása csillagok által okozott interferencia miatt. Ahogyan Mazin egy nemrégiben megjelent UCSB sajtóközleményében kifejtette, "exoplanet fényképezése rendkívül kihívást jelent, mivel a csillag sokkal világosabb, mint a bolygó, és a bolygó nagyon közel van a csillaghoz." Mint ilyen, a csillagászok gyakran nem képesek elemezni a bolygó légköréből visszatükröződő fényt annak összetételének meghatározása céljából.
Ezek a tanulmányok további korlátokat jelentenek annak eldöntésére, hogy egy bolygó potenciálisan lakható-e vagy sem. Jelenleg a tudósok arra kényszerülnek, hogy méretük, tömegük és a csillagtól mért távolság alapján meghatározzák, hogy egy bolygó képes-e támogatni az életet. Ezen felül tanulmányokat végeztek, amelyek meghatározták, létezik-e víz a bolygó felszínén annak alapján, hogy légköre hogyan veszíti el a hidrogént az űrbe.
A DARK-folttal közeli infravörös energiamegoldású szupravezető spektrofotométer (más néven: DARKNESS), az első 10 000 pixeles integrált terepi spektrográf, ezt kijavítja. Egy nagy távcsővel és adaptív optikával együtt a mikrohullámú kinetikus indukciós detektorokat használja a távoli csillagból származó fény gyors mérésére, majd visszajuttat egy jelet egy gumitükörbe, amely másodpercenként kétszer kétszer új formává alakulhat.
Az MKID-k lehetővé teszik a csillagászoknak, hogy meghatározzák az egyes fotonok energiáját és érkezési idejét, ami fontos, ha meg akarjuk különböztetni a bolygót a szétszórt vagy törött fénytől. Ez a folyamat kiküszöböli az olvasási zajt és a sötét áramot is - az elsődleges hibaforrások más műszerekben -, és a csillagfény elnyomásával tisztítja a légköri torzulást.
Mazin és kollégái évek óta kutatják az MKID technológiát a Mazin Labon, amely az UCSB Fizikai Tanszékének része. Ahogy Mazin kifejtette:
„Ez a technológia csökkenti a kontraszt padlóját, hogy észlelhessük a halványabb bolygót. Reméljük, hogy megközelítjük a fotonzaj-határértéket, amely 10-es közeli kontrasztarányt eredményez-8, amely lehetővé teszi számunkra, hogy 100 milliószor lágyabban láthassuk a bolygót, mint a csillag. Ezeken a kontrasztszinteken láthatunk néhány bolygót visszavert fényben, amely egy teljesen új bolygók tartományát nyitja meg felfedezésre. Az igazán izgalmas dolog, hogy ez egy technológiai útmutatót jelent a távcsövek következő generációjának. ”
A DARKNESS most működik a Kaliforniai San Diego közelében lévő Palomar obszervatórium 200 hüvelykes Hale-távcsövével, ahol a PALM-3000 extrém adaptív optikai rendszerének és a Stellar Double Coronagraph része. Az elmúlt másfél évben a csapat négy futást hajtott végre a DARKNESS kamerával annak kontrasztarányának tesztelésére és annak megfelelő működésére.
Májusban a csapat visszatér, hogy további adatokat gyűjtsön a közeli bolygókról és bemutatja előrehaladását. Ha minden jól megy, akkor a DARKNESS lesz az első olyan fényképezőgép közül az első, amely a közeli M-típusú (vörös törpe) csillagok körül bolygók ábrázolására szolgál, ahol sok sziklás bolygót fedeztek fel az elmúlt években. A leginkább figyelemre méltó példa a Proxima b, amely a sajáthoz legközelebbi csillagrendszert kering (Proxima Centauri, kb. 4,25 fényévnyire).
"Reméljük, hogy egy nap el tudunk készíteni egy készüléket a Hawaii vagy La Palma szigetén Mauna Kea-ra tervezett harminc méteres távcsőhöz" - mondta Mazin. „Ezzel képeket tudunk készíteni a közeli kis tömegű csillagok lakható övezeteiben található bolygókról, és életünket keresni a légkörükben. Ez a hosszú távú cél, és ez fontos lépés felé. "
A közeli sziklás bolygók tanulmányozása mellett ez a technológia lehetővé teszi a csillagászoknak a pulzárok részletesebb tanulmányozását és a milliárd galaxisok vöröseltolódásának meghatározását, lehetővé téve a Világegyetem bővülésének sebességének pontosabb mérését. Ez viszont részletesebb tanulmányozást tesz lehetővé annak, hogyan fejlődött világegyetemünk az idő múlásával, és milyen szerepet játszott a Sötét Energia.
Ezek és más technológiák, mint például a NASA által javasolt Starshade űrhajó és a Stanford mDot okkulter, az elkövetkező években forradalmasítják az exoplanet tanulmányait. Párosítva a következő generációs távcsövekkel - mint például a James Webb Űrtávcső és a Az Exoplanet felmérési műhold átutazása (TESS), amelyet nemrégiben indítottak el - a csillagászok nemcsak képesek lesznek jobban felfedezni az exoplanetek módját, hanem képesek lesznek jellemzni őket, mint még soha.
