Aurinkokunnan ulkopuolella olevien planeettojen metsästys on johtanut tuhansien ehdokkaiden löytämiseen viime vuosikymmeninä. Suurin osa näistä ovat olleet kaasu jättiläisiä, joiden koko vaihtelee super-Jupitereista Neptunuksen kokoisiin planeettoihin. Useiden on kuitenkin myös määritetty olevan luonteeltaan "maan kaltaisia", mikä tarkoittaa, että ne ovat kivisiä ja kiertävät tähtensä vastaavissa asumisvyöhykkeissä.
Valitettavasti niiden pintojen olosuhteiden määrittäminen on vaikeaa, koska tähtitieteilijät eivät pysty tutkimaan näitä planeettoja suoraan. Onneksi UC Santa Barbaran fyysikon Benjamin Mazinin johtama kansainvälinen ryhmä on kehittänyt uuden instrumentin, nimeltään TUMMUS. Tämä suprajohtava kamera, joka on maailman suurin ja hienostunein, antaa tähtitieteilijöiden havaita läheisten tähtijen ympärillä olevat planeetat.
Ryhmän tutkimus, joka selvittää heidän instrumenttinsa, nimeltään ”TUMMUS: Mikroaaltouuni-kineettisen induktanssinilmaisimen integroidun kenttäspektrografia korkean kontrastin tähtitiedelle”, ilmestyi äskettäin Tyynenmeren tähtitieteen seuran julkaisut. Ryhmää johti UCSB: n kokeellisen fysiikan Worster-tuoli Benjamin Mazin. Ryhmään kuuluu myös jäseniä NASA: n jet-propulsiolaboratoriosta, Kalifornian teknillisestä instituutista, Fermin kansallisesta kiihdytinlaboratoriosta ja useista yliopistoista.
Pohjimmiltaan tutkijoiden on äärimmäisen vaikeaa tutkia eksoplaneettoja suoraan tähdensa aiheuttamien häiriöiden takia. Kuten Mazin selitti äskettäisessä UCSB: n lehdistötiedotteessa, "kuvan ottaminen eksoplaneetalta on erittäin haastavaa, koska tähti on paljon kirkkaampi kuin planeetta ja planeetta on hyvin lähellä tähtiä." Sellaisenaan tähtitieteilijät eivät usein pysty analysoimaan planeetan ilmakehään heijastuvaa valoa sen koostumuksen määrittämiseksi.
Nämä tutkimukset auttaisivat asettamaan lisärajoituksia siihen, onko planeetta mahdollisesti asuttava vai ei. Tällä hetkellä tutkijoiden on pakko selvittää, voiko planeetta tukea elämää sen koon, massan ja etäisyyden päässä tähdestään. Lisäksi on tehty tutkimuksia, jotka ovat määrittäneet, onko vettä planeetan pinnalla vai ei, perustuen siihen, kuinka sen ilmapiiri menettää vetyä avaruuteen.
DARK-pilkku Lähi-infrapuna-energiansäästöinen superjohtava spektrofotometri (alias. DARKNESS), ensimmäinen 10 000 pikselin kiinteä kenttäspektrografi, pyrkii korjaamaan tämän. Yhdessä suuren kaukoputken ja mukautuvan optiikan kanssa se käyttää mikroaaltosineettisiä induktiivisyydenilmaisimia mittaamaan etäisestä tähdestä tulevan valon nopeasti, lähettää sitten signaalin takaisin kumipeiliin, joka voi muodostaa uuden muodon 2 000 kertaa sekunnissa.
MKID: n avulla tähtitieteilijät voivat määrittää yksittäisten fotonien energian ja saapumisajan, mikä on tärkeää, kun on tarkoitus erottaa planeetta hajautetusta tai taiteellisesta valosta. Tämä prosessi eliminoi myös lukeman kohinan ja tumman virran - pääasialliset virheen lähteet muissa instrumenteissa - ja puhdistaa ilmakehän vääristymisen vaimentamalla tähtivaloa.
Mazin ja hänen kollegansa ovat tutkineet MKID-tekniikkaa vuosien ajan Mazin Lab -palvelun kautta, joka on osa UCSB: n fysiikan laitosta. Kuten Mazin selitti:
”Tämä tekniikka alentaa kontrastilattiaa, jotta voimme havaita himmeät planeetat. Toivomme lähestyvän fotonikohinarajaa, joka antaa meille kontrastisuhteet lähellä 10: tä-8, jonka avulla voimme nähdä planeettoja 100 miljoonaa kertaa vaaleampia kuin tähti. Näillä kontrastitasoilla voimme nähdä joitain planeettoja heijastuvassa valossa, mikä avaa kokonaan uuden planeettojen alueen tutkittavaksi. Todella jännittävä asia on, että tämä on teknologinen polunäyttö seuraavan sukupolven teleskoopeille. ”
DARKNESS toimii nyt 200 tuuman Hale-teleskoopilla Palomarin observatoriossa lähellä San Diegoa, Kalifornia, missä se on osa PALM-3000-äärimmäisen mukautuvaa optiikkajärjestelmää ja Stellar Double Coronagraph -tekniikkaa. Viimeisen puolitoista vuoden aikana joukkue on suorittanut neljä ajoa DARKNESS-kameran avulla testataksesi sen kontrastisuhdetta ja varmistaakseen, että se toimii oikein.
Toukokuussa joukkue palaa kerätäkseen lisätietoja läheisistä planeetoista ja osoittamaan edistymistään. Jos kaikki menee hyvin, DARKNESSista tulee ensimmäinen monista kameroista, jotka on suunniteltu kuvaamaan planeettoja lähellä olevien M-tyypin (punainen kääpiö) tähtiä ympäröivään ympäristöön, kun viime vuosien aikana on löydetty monia kallioisia planeettoja. Huomattavin esimerkki on Proxima b, joka kiertää lähimmän tähtijärjestelmän omaan (Proxima Centauri, karkeasti 4,25 valovuoden päässä).
"Toivomme, että voimme jonain päivänä rakentaa instrumentin kolmenkymmenen metrin kaukoputkeen, joka on suunniteltu Mauna Kealle Havaijin tai La Palman saarelle", Mazin sanoi. ”Tämän avulla pystymme ottamaan kuvia planeetoista lähellä olevien pienmassatähteiden asumisalueilla ja etsimään elämää niiden ilmakehässä. Se on pitkän aikavälin tavoite ja tämä on tärkeä askel kohti sitä. "
Läheisten kivisten planeettojen tutkimuksen lisäksi tämä tekniikka antaa myös tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia pulsaareja yksityiskohtaisemmin ja määrittää miljardien galaksien punasiirtymän, mikä mahdollistaa tarkemmat mittaukset siitä, kuinka nopeasti maailmankaikkeus kasvaa. Tämä puolestaan sallii yksityiskohtaisempien tutkimusten siitä, kuinka maailmankaikkeus on kehittynyt ajan myötä ja Dark Energyn rooli.
Nämä ja muut tekniikat, kuten NASA: n ehdottama Starshade-avaruusalus ja Stanfordin mDot-peittolaite, mullistavat eksoplaneetta-tutkimuksia tulevina vuosina. Pariksi seuraavan sukupolven teleskooppien kanssa - kuten James Webbin avaruuskaukoputki ja Exoplanet Survey-satelliitin kauttakulku (TESS), jonka äskettäin julkaistiin - tähtitieteilijät eivät vain pysty löytämään enemmän eksoplaneettojen tapaan, vaan pystyvät karakterisoimaan ne kuin koskaan ennen.
