Полювання на планети поза нашою Сонячною системою призвело до виявлення тисяч кандидатів за останні кілька десятиліть. Більшість із них були газовими гігантами, які варіюються за розмірами від супер-юпітерів до планет розміром Нептуна. Однак, деякі також були визначені як "подібні до Землі", що означає, що вони скелясті і орбітають у межах відповідних житлових зон своїх зірок.
На жаль, визначити, які умови можуть бути схожими на їхніх поверхнях, важко, оскільки астрономи не в змозі вивчити ці планети безпосередньо. На щастя, міжнародна команда на чолі з фізиком UC Санта-Барбара Бенджаміном Мазіном розробила новий інструмент, відомий під назвою "ТЕМНОСТІ". Ця надпровідна камера, яка є найбільшою та найдосконалішою у світі, дозволить астрономам виявляти планети навколо довколишніх зірок.
Дослідження команди, в якому детально описується їх прилад під назвою "ТЕМНІСТЬ: Мікрохвильовий кінетичний детектор індуктивності, інтегральний польовий спектрограф для висококонтрастної астрономії", нещодавно з'явився в Публікації Астрономічного товариства Тихого океану. Команду очолював Бенджамін Мазін, кафедра Уорстера з експериментальної фізики UCSB, а також включає членів лабораторії реактивного руху НАСА, Каліфорнійського технологічного інституту, Національної лабораторії акселераторів Фермі та багатьох університетів.
По суті, вченим надзвичайно важко вивчати екзопланети безпосередньо через перешкоди, спричинені їх зірками. Як пояснив Мазін в недавньому прес-релізі UCSB, "Зняти зображення екзопланети є надзвичайно складним завданням, оскільки зірка набагато яскравіше планети, а планета дуже близька до зірки". Таким чином, астрономи часто не в змозі проаналізувати світло, що відбивається від атмосфери планети, щоб визначити її склад.
Ці дослідження допоможуть встановити додаткові обмеження щодо того, чи є планета потенційно заселеною чи ні. В даний час вчені змушені визначити, чи може планета підтримувати життя виходячи з її розмірів, маси та відстані від своєї зірки. Крім того, були проведені дослідження, які визначили, чи існує вода на поверхні планети на основі того, як її атмосфера втрачає водень у космосі.
Справжній ближній інфрачервоний спектрофотометр, що має енергію, що розрахований на енергію, що базується на ДАРКі (ін. DARKNESS), перший інтегральний польовий спектрограф розміром 10 000 пікселів, прагне це виправити. У поєднанні з великим телескопом та адаптивною оптикою він використовує мікрохвильові детектори кінетичної індуктивності для швидкого вимірювання світла, що надходить від далекої зірки, а потім надсилає сигнал назад до гумового дзеркала, яке може формуватися у нову форму 2000 разів на секунду.
MKID дозволяють астрономам визначати енергію та час прибуття окремих фотонів, що важливо, коли мова йде про відмежування планети від розсіяного або заломленого світла. Цей процес також виключає шум читання і темний струм - основні джерела помилок в інших приладах - і очищує атмосферні спотворення, пригнічуючи зіркове світло.
Мазін та його колеги вже багато років досліджують технології MKID в лабораторії Mazin, яка є частиною фізичного відділу UCSB. Як пояснив Мазін:
«Ця технологія знизить контрастну поверхню, щоб ми могли виявити слабкіші планети. Ми сподіваємося наблизитись до межі шуму фотона, що дасть нам коефіцієнт контрасту, близький до 10-8, що дозволяє нам бачити планети в 100 мільйонів разів ближче, ніж зірка. На цих рівнях контрасту ми можемо бачити деякі планети у відбитому світлі, що відкриває цілий новий домен планет для вивчення. Дійсно хвилює те, що це технологічний шлях для телескопів наступного покоління ».
DARKNESS тепер працює на 200-дюймовому телескопі Хейла в обсерваторії Паламар поблизу Сан-Дієго, штат Каліфорнія, де він є частиною крайньої адаптивної оптичної системи PALM-3000 та подвійного коронаграфа Stellar. За останні півтора року команда провела чотири пробіжки з камерою DARKNESS, щоб перевірити її коефіцієнт контрастності та переконатися, що вона працює належним чином.
У травні команда повернеться, щоб зібрати більше даних про сусідні планети та продемонструвати свій прогрес. Якщо все піде добре, DARKNESS стане першою з багатьох камер, призначених для зображення планет навколо сусідніх зірок типу М (червоний карлик), де за останні роки було виявлено багато скельних планет. Найпомітніший приклад - Proxima b, яка обертається навколо найближчої до нас зіркової системи (Proxima Centauri, приблизно за 4,25 світлових років).
"Ми сподіваємось, що одного разу ми зможемо побудувати прилад для телескопа тридцятиметрового плану, який планується для Мауна-Кеа на острові Гаваї або Ла-Пальма", - сказав Мазін. "З цим ми зможемо сфотографувати планети в населених зонах довколишніх зірок низької маси та шукати життя в їх атмосфері. Це довгострокова мета, і це важливий крок до її досягнення ».
Окрім вивчення сусідніх скельних планет, ця технологія також дозволить астрономам більш детально вивчати пульсари та визначати червоне зміщення мільярдів галактик, що дозволяє більш точно виміряти швидкість розширення Всесвіту. Це, у свою чергу, дозволить більш детально вивчити те, як розвивався наш Всесвіт з часом та роль, яку відіграє Темна енергія.
Ці та інші технології, такі як запропоновані НАСА космічні кораблі Starshade та оккулятор mDot Стенфорда, революціонізують дослідження екзопланет у найближчі роки. У парі з телескопами нового покоління - такими, як Космічний телескоп Джеймса Вебба і Прохідний супутник опитування екзопланет (TESS), який нещодавно запустився - астрономи не тільки зможуть виявити більше на шляху екзопланет, але зможуть охарактеризувати їх, як ніколи.
