Ловът за планети извън нашата Слънчева система доведе до откриването на хиляди кандидати през последните няколко десетилетия. Повечето от тях са били газови гиганти, които варират по размер от Супер-Юпитери до планети с размер на Нептун. Някои от тях обаче също са определени като „подобни на Земята“, което означава, че те са скалисти и орбитират в рамките на съответните обитаеми зони на своите звезди.
За съжаление, да се определи какви условия могат да бъдат на техните повърхности е трудно, тъй като астрономите не са в състояние да изучават директно тези планети. За щастие международен екип, ръководен от физика на UC Santa Barbara Benjamin Mazin, разработи нов инструмент, известен като DARKNESS. Тази свръхпроводяща камера, която е най-голямата и най-сложна в света, ще позволи на астрономите да открият планети около близките звезди.
Проучването на екипа, което подробно описва техния инструмент, озаглавен „ТЪМНОСТ: Микровълнов кинетичен индуктивен детектор, интегрален полев спектрограф за висококонтрастна астрономия“, наскоро се появи в Публикации на Астрономическото общество на Тихия океан. Екипът беше ръководен от Бенджамин Мазин, председател на Уорстър по експериментална физика в UCSB и също така включва членове от лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, Калифорнийския технологичен институт, Националната лаборатория за ускорители на Ферми и множество университети.
По същество за учените е изключително трудно да изучават директно екзопланетите поради намесата, причинена от техните звезди. Както Mazin обясни в неотдавнашно съобщение за пресата на UCSB, "Да се направи снимка на екзопланета е изключително предизвикателно, тъй като звездата е много по-ярка от планетата, а планетата е много близо до звездата." Като такива, астрономите често не могат да анализират светлината, която се отразява извън атмосферата на планетата, за да определят нейния състав.
Тези проучвания биха помогнали да се поставят допълнителни ограничения за това дали планетата е потенциално обитаема или не. В момента учените са принудени да определят дали една планета би могла да поддържа живота въз основа на нейния размер, маса и разстояние от нейната звезда. Освен това са проведени проучвания, които определят дали на повърхността на планетата съществува или не вода въз основа на това как нейната атмосфера губи водород в космоса.
СВръхпроводящият спектрофотометър с резки енергийни характеристики, свързан с DARK, първият интегрален полев спектрограф с 10 000 пиксела се стреми да коригира това. В комбинация с голям телескоп и адаптивна оптика, той използва микровълнови кинетични индуктивни детектори за бързо измерване на светлината, идваща от далечна звезда, след което изпраща сигнал обратно към гумено огледало, което може да се оформи в нова форма 2 000 пъти в секунда.
MKID позволяват на астрономите да определят енергията и времето на пристигане на отделните фотони, което е важно, когато става въпрос за разграничаване на планета от разсеяна или пречупена светлина. Този процес също така елиминира шума при четене и тъмния ток - основните източници на грешка в други инструменти - и почиства атмосферните изкривявания чрез потискане на звездната светлина.
Мазин и неговите колеги изследват технологията на MKID от години в лабораторията Mazin, която е част от отдела по физика на UCSB. Както обясни Мазин:
„Тази технология ще намали контрастния под, така че да можем да открием по-слаби планети. Надяваме се да се приближим до границата на фотонния шум, което ще ни даде контрастни съотношения, близки до 10-8, което ни позволява да виждаме планети 100 милиона пъти по-бледи от звездата. На тези нива на контраст можем да видим някои планети в отразена светлина, което отваря изцяло нов домейн от планети за изследване. Наистина вълнуващото е, че това е технологичен път за следващото поколение телескопи. "
DARKNESS вече работи на 200-инчовия телескоп Hale в обсерваторията Palomar в близост до Сан Диего, Калифорния, където той е част от екстремалната адаптивна оптика PALM-3000 и Stellar Double Coronagraph. През последната година и половина екипът проведе четири писти с камерата DARKNESS, за да провери нейното съотношение на контраста и да се увери, че работи правилно.
През май екипът ще се завърне, за да събере повече данни за близките планети и да демонстрира своя напредък. Ако всичко върви добре, DARKNESS ще стане първата от много камери, предназначени да изобразяват планети около близките звезди от тип М (червено джудже), където през последните години са открити много скални планети. Най-забележителният пример е Proxima b, която обикаля около най-близката до нашата звездна система (Proxima Centauri, отдалечена на около 4,25 светлинни години).
„Надеждата ни е, че един ден ще успеем да изградим инструмент за тридесетметровия телескоп, планиран за Мауна Кеа, на остров Хаваи или Ла Палма“, каза Мазин. „С това ще можем да правим снимки на планети в обитаемите зони на близките звезди с ниска маса и да търсим живот в атмосферата им. Това е дългосрочната цел и това е важна стъпка към това. "
В допълнение към изучаването на близките скални планети, тази технология също ще позволи на астрономите да изучават по-подробно пулсари и да определят червеното изместване на милиарди галактики, позволявайки по-точни измервания на това колко бързо се разширява Вселената. Това от своя страна ще позволи по-подробни проучвания как нашата Вселена се е развила с течение на времето и ролята, която играе Тъмната енергия.
Тези и други технологии, като например предложената от НАСА космически кораб Starshade и mDot оккултер на Станфорд, ще направят революция в проучванията на екзопланетите в следващите години. Сдвоени с телескопи от ново поколение - като например Космически телескоп Джеймс Уеб и на Транзитиращ сателитен анкета за екзопланети (TESS), който стартира наскоро - астрономите не само ще могат да открият повече в начина на екзопланети, но ще могат да ги характеризират както никога досега.
