Το κυνήγι πλανητών πέρα από το Ηλιακό μας Σύστημα οδήγησε στην ανακάλυψη χιλιάδων υποψηφίων τις τελευταίες δεκαετίες. Τα περισσότερα από αυτά ήταν γίγαντες φυσικού αερίου που κυμαίνονται σε μέγεθος από το να είναι Super-Jupiters σε πλανήτες μεγέθους Ποσειδώνα. Ωστόσο, αρκετοί έχουν επίσης προσδιοριστεί ότι είναι «γήινοι» στη φύση, που σημαίνει ότι είναι βραχώδεις και βρίσκονται σε τροχιά εντός των αντίστοιχων κατοικήσιμων ζωνών των αστεριών τους.
Δυστυχώς, ο καθορισμός των συνθηκών στις επιφάνειές τους είναι δύσκολος, καθώς οι αστρονόμοι δεν μπορούν να μελετήσουν άμεσα αυτούς τους πλανήτες. Ευτυχώς, μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής τον Φυσικό της UC Santa Barbara Benjamin Mazin ανέπτυξε ένα νέο όργανο γνωστό ως DARKNESS. Αυτή η υπεραγωγική κάμερα, η οποία είναι η μεγαλύτερη και πιο εξελιγμένη στον κόσμο, θα επιτρέψει στους αστρονόμους να εντοπίσουν πλανήτες γύρω από τα κοντινά αστέρια.
Η μελέτη της ομάδας που περιγράφει λεπτομερώς το όργανο τους, με τίτλο «DARKNESS: A Microwave Kinetic Inductance Detector Integral Field Spectrograph for High-contrast Astronomy», εμφανίστηκε πρόσφατα στο Εκδόσεις της Αστρονομικής Εταιρείας του Ειρηνικού. Η ομάδα διευθύνεται από τον Benjamin Mazin, τον Πρόεδρο Worster στην Πειραματική Φυσική στο UCSB, και περιλαμβάνει επίσης μέλη από το Jet Propulsion Laboratory της NASA, το California Institute of Technology, το Fermi National Accelerator Laboratory και πολλά πανεπιστήμια.
Ουσιαστικά, είναι εξαιρετικά δύσκολο για τους επιστήμονες να μελετήσουν άμεσα τους εξωπλανήτες λόγω της παρεμβολής που προκαλείται από τα αστέρια τους. Όπως εξήγησε ο Mazin σε ένα πρόσφατο δελτίο τύπου του UCSB, «Η λήψη μιας φωτογραφίας ενός εξωπλανήτη είναι εξαιρετικά δύσκολη επειδή το αστέρι είναι πολύ πιο φωτεινό από τον πλανήτη και ο πλανήτης είναι πολύ κοντά στο αστέρι». Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι συχνά δεν μπορούν να αναλύσουν το φως που ανακλάται από την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη για να προσδιορίσουν τη σύνθεσή του.
Αυτές οι μελέτες θα βοηθούσαν να θέσουν επιπλέον περιορισμούς στο εάν ένας πλανήτης είναι δυνητικά κατοικήσιμος ή όχι. Προς το παρόν, οι επιστήμονες αναγκάζονται να προσδιορίσουν εάν ένας πλανήτης θα μπορούσε να στηρίξει τη ζωή με βάση το μέγεθος, τη μάζα και την απόσταση από το αστέρι του. Επιπλέον, έχουν διεξαχθεί μελέτες που έχουν προσδιορίσει εάν υπάρχει ή όχι νερό στην επιφάνεια ενός πλανήτη με βάση τον τρόπο με τον οποίο η ατμόσφαιρα χάνει υδρογόνο στο διάστημα.
Το φασματοφωτόμετρο υπεραγωγού με επίλυση ενέργειας DARK-speckle Near-υπέρυθρη ενέργεια (γνωστό και ως DARKNESS), το πρώτο φασματογράφημα ολοκληρωμένου πεδίου 10.000 pixel, επιδιώκει να το διορθώσει. Σε συνδυασμό με ένα μεγάλο τηλεσκόπιο και προσαρμοστικά οπτικά, χρησιμοποιεί ανιχνευτές μικροκυματικής επαγωγικής μικροκυμάτων για να μετρήσει γρήγορα το φως που προέρχεται από ένα μακρινό αστέρι και στη συνέχεια στέλνει ένα σήμα πίσω σε έναν ελαστικό καθρέφτη που μπορεί να σχηματιστεί σε ένα νέο σχήμα 2.000 φορές το δευτερόλεπτο.
Τα MKID επιτρέπουν στους αστρονόμους να καθορίσουν την ενέργεια και την ώρα άφιξης των μεμονωμένων φωτονίων, κάτι που είναι σημαντικό όταν πρόκειται για διάκριση ενός πλανήτη από διάσπαρτο ή διαθλασμένο φως. Αυτή η διαδικασία εξαλείφει επίσης τον θόρυβο ανάγνωσης και το σκοτεινό ρεύμα - τις κύριες πηγές σφάλματος σε άλλα όργανα - και καθαρίζει την ατμοσφαιρική παραμόρφωση καταστέλλοντας το φως του αστεριού.
Ο Mazin και οι συνεργάτες του εξερευνούν την τεχνολογία MKIDs εδώ και χρόνια μέσω του Mazin Lab, το οποίο είναι μέρος του Τμήματος Φυσικής του UCSB. Όπως εξήγησε ο Mazin:
«Αυτή η τεχνολογία θα μειώσει το δάπεδο αντίθεσης, ώστε να μπορούμε να εντοπίσουμε πιο αμυδρό πλανήτες. Ελπίζουμε να προσεγγίσουμε το όριο θορύβου φωτονίων, το οποίο θα μας δώσει αναλογίες αντίθεσης κοντά στο 10-8, επιτρέποντάς μας να δούμε πλανήτες 100 εκατομμύρια φορές πιο αχνό από το αστέρι. Σε αυτά τα επίπεδα αντίθεσης, μπορούμε να δούμε μερικούς πλανήτες σε ανακλώμενο φως, το οποίο ανοίγει έναν εντελώς νέο τομέα πλανητών για εξερεύνηση. Το πραγματικά συναρπαστικό πράγμα είναι ότι αυτό είναι ένα ανιχνευτή τεχνολογίας για την επόμενη γενιά τηλεσκοπίων. "
Το DARKNESS λειτουργεί τώρα στο Τηλεσκόπιο Hale 200 ιντσών στο Παρατηρητήριο Palomar κοντά στο Σαν Ντιέγκο της Καλιφόρνια, όπου αποτελεί μέρος του συστήματος προσαρμοστικής οπτικής PALM-3000 και του Stellar Double Coronagraph. Κατά τη διάρκεια του προηγούμενου ενάμιση έτους, η ομάδα πραγματοποίησε τέσσερις πίστες με την κάμερα DARKNESS για να ελέγξει την αναλογία αντίθεσης και να βεβαιωθεί ότι λειτουργεί σωστά.
Τον Μάιο, η ομάδα θα επιστρέψει για να συλλέξει περισσότερα δεδομένα για κοντινούς πλανήτες και να δείξει την πρόοδό τους. Αν όλα πάνε καλά, το DARKNESS θα γίνει η πρώτη από τις πολλές κάμερες που έχουν σχεδιαστεί για να απεικονίζουν πλανήτες γύρω από αστέρια τύπου Μ (κόκκινος νάνος), όπου έχουν ανακαλυφθεί πολλοί βραχώδεις πλανήτες τα τελευταία χρόνια. Το πιο αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι το Proxima b, το οποίο βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το πλησιέστερο αστρικό σύστημα (Proxima Centauri, περίπου 4,25 έτη φωτός μακριά).
«Η ελπίδα μας είναι ότι μια μέρα θα μπορέσουμε να χτίσουμε ένα όργανο για το τηλεσκόπιο Thirty Meter που έχει προγραμματιστεί για τη Mauna Kea στο νησί της Χαβάης ή τη La Palma», δήλωσε ο Mazin. «Με αυτό, θα είμαστε σε θέση να τραβήξουμε φωτογραφίες πλανητών στις κατοικήσιμες ζώνες των κοντινών αστεριών χαμηλής μάζας και να αναζητήσουμε ζωή στην ατμόσφαιρά τους. Αυτός είναι ο μακροπρόθεσμος στόχος και αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς αυτήν την κατεύθυνση. "
Εκτός από τη μελέτη των κοντινών βραχώδεις πλανητών, αυτή η τεχνολογία θα επιτρέψει επίσης στους αστρονόμους να μελετήσουν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια τους πάλσαρ και να καθορίσουν την ερυθρή μετατόπιση δισεκατομμυρίων γαλαξιών, επιτρέποντας ακριβέστερες μετρήσεις του πόσο γρήγορα επεκτείνεται το Σύμπαν. Αυτό, με τη σειρά του, θα επιτρέψει πιο λεπτομερείς μελέτες για το πώς το Σύμπαν μας εξελίχθηκε με την πάροδο του χρόνου και τον ρόλο που έπαιξε η Dark Energy.
Αυτές και άλλες τεχνολογίες, όπως το προτεινόμενο διαστημικό σκάφος Starshade της NASA και το απόκρυφο mDot του Στάνφορντ, θα φέρουν επανάσταση στις μελέτες εξωπλανητών τα επόμενα χρόνια. Σε συνδυασμό με τηλεσκόπια επόμενης γενιάς - όπως το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb και το Διαμετακόμιση δορυφόρου Exoplanet (TESS), που κυκλοφόρησε πρόσφατα - οι αστρονόμοι όχι μόνο θα μπορούν να ανακαλύψουν περισσότερα στον τρόπο που εξωπλανήτες, αλλά θα μπορούν να τα χαρακτηρίσουν όπως ποτέ άλλοτε.
