Planetų, esančių už mūsų Saulės sistemos, medžioklė per pastaruosius kelis dešimtmečius atrado tūkstančius kandidatų. Daugelis iš jų buvo dujų milžinai, kurių dydis svyruoja nuo super-Jupiterių iki Neptūno dydžio planetų. Tačiau keletas jų taip pat buvo prigimties „panašūs į žemę“, tai reiškia, kad jie yra uolėti ir orbita atitinkamose jų žvaigždžių gyvenamosiose zonose.
Deja, sunku nustatyti, kokios sąlygos gali būti jų paviršiuje, nes astronomai nesugeba tiesiogiai ištirti šių planetų. Laimei, UC „Santa Barbara“ fiziko Benjamino Mazino vadovaujama tarptautinė komanda sukūrė naują instrumentą, vadinamą DARKNESS. Ši superlaidi kamera, kuri yra pati didžiausia ir moderniausia pasaulyje, leis astronomams aptikti planetas aplink netoliese esančias žvaigždes.
Komandos tyrimas, kuriame išsamiai aprašytas jų instrumentas, pavadintas „TUMTUMAS: mikrobangų kinetinio induktyvumo detektoriaus integralaus lauko spektrografas didelio kontrasto astronomijai“, neseniai pasirodė Ramiojo vandenyno astronomijos draugijos leidiniai. Komandai vadovavo Benjaminas Mazinas, „Worster“ eksperimentinės fizikos pirmininkas UCSB. Taip pat komandą sudaro NASA reaktyvinio varymo laboratorijos, Kalifornijos technologijos instituto, „Fermi“ nacionalinės greitintuvo laboratorijos ir daugelio universitetų nariai.
Iš esmės mokslininkams yra labai sunku tiesiogiai tirti egzoplanetas dėl jų žvaigždžių sukeliamų trukdžių. Kaip Mazin paaiškino naujausiame UCSB pranešime spaudai, „fotografuoti egzoplanetą yra labai sudėtinga, nes žvaigždė yra daug ryškesnė už planetą, o planeta yra labai arti žvaigždės“. Taigi astronomai dažnai negali išanalizuoti šviesos, atspindimos planetos atmosferoje, kad nustatytų jos sudėtį.
Šie tyrimai padėtų nustatyti papildomus apribojimus dėl to, ar planeta yra gyvenama, ar ne. Šiuo metu mokslininkai yra priversti nustatyti, ar planeta galėtų palaikyti gyvybę, atsižvelgiant į jos dydį, masę ir atstumą nuo žvaigždės. Be to, buvo atlikta tyrimų, kurie nustatė, ar planetos paviršiuje yra vandens, ar ne, atsižvelgiant į tai, kaip jos atmosfera praranda vandenilį į kosmosą.
Pirmasis 10 000 pikselių integruoto lauko spektrografas „DARK“ - infraraudonųjų spindulių energiją išskiriantis superlaidus spektrofotometras (dar žinomas kaip „DARKNESS“) siekia tai ištaisyti. Kartu su dideliu teleskopu ir pritaikomąja optika jis naudoja mikrobangų kinetinio induktyvumo detektorius, kad greitai išmatuotų iš tolimos žvaigždės sklindančią šviesą, tada siunčia signalą atgal į guminį veidrodį, kuris gali įgyti naują formą 2 000 kartų per sekundę.
MKID leidžia astronomams nustatyti atskirų fotonų energiją ir atvykimo laiką, o tai svarbu, kai reikia atskirti planetą nuo išsibarsčiusios ar lūžusios šviesos. Šis procesas taip pat pašalina skaitymo triukšmą ir tamsiąją srovę - pagrindinius kitų prietaisų klaidų šaltinius - ir pašalina atmosferos iškraipymus slopindamas žvaigždę.
Mazin ir jo kolegos metų metus tyrinėjo MKID technologijas per „Mazin Lab“, kuri yra UCSB Fizikos departamento dalis. Kaip paaiškino Mazin:
„Ši technologija sumažins kontrasto grindis, kad galėtume aptikti silpnesnes planetas. Mes tikimės, kad artėsime prie fotono triukšmo ribos, kuri suteiks mums kontrasto santykį, artimą 10-8, leidžiančią mums pamatyti planetas 100 milijonų kartų silpniau nei žvaigždė. Tuose kontrasto lygiuose galime pamatyti kai kurias planetas atspindėtoje šviesoje, o tai atveria visiškai naują planetų sritį tyrinėti. Išties jaudinantis dalykas yra tai, kad tai yra naujos kartos teleskopų technologijos pavyzdys. “
„DARKNESS“ dabar veikia 200 colių Hale teleskopu Palomaro observatorijoje netoli San Diego, Kalifornijoje, kur ji yra kraštutinės adaptyviosios optikos sistemos PALM-3000 ir dvigubo žvaigždžių koronografo dalis. Per pastaruosius pusantrų metų komanda atliko keturis kartus su DARKNESS fotoaparatu, kad patikrintų jo kontrastingumo santykį ir įsitikintų, ar jis veikia tinkamai.
Gegužę komanda grįš surinkti daugiau duomenų apie netoliese esančias planetas ir parodyti savo pažangą. Jei viskas klostysis gerai, DARKNESS taps pirmuoju iš daugelio fotoaparatų, skirtų vaizduoti planetas aplink netoliese esančias M tipo (raudonosios nykštukės) žvaigždes, kur pastaraisiais metais aptikta daug uolėtų planetų. Ryškiausias pavyzdys yra „Proxima b“, kuris skrieja arčiausiai mūsų esančios žvaigždžių sistemos („Proxima Centauri“, maždaug 4,25 šviesos metų atstumu).
„Mes tikimės, kad vieną dieną galėsime pastatyti instrumentą trisdešimties metrų teleskopui, numatytam Mauna Kea Havajų saloje ar La Palma“, - sakė Mazin. „Turėdami tai galėsime fotografuoti planetas, esančias arti mažos masės žvaigždžių gyvenamosiose zonose, ir ieškoti gyvenimo jų atmosferoje. Tai yra ilgalaikis tikslas ir tai yra svarbus žingsnis link to “.
Ši technologija leis ne tik tyrinėti netoliese esančias uolėtas planetas, bet ir astronomams išsamiau ištirti pulsus ir nustatyti milijardų galaktikų raudonąjį poslinkį, leidžiant tiksliau išmatuoti, kaip greitai Visata plečiasi. Tai, savo ruožtu, leis atlikti išsamesnius tyrimus, kaip laikui bėgant vystėsi mūsų Visata ir kokį vaidmenį vaidina „Dark Energy“.
Šios ir kitos technologijos, tokios kaip NASA siūlomas erdvėlaivis „Starshade“ ir okulteris Stanfordas „mDot“, artimiausiais metais pakeis egzoplanetos tyrimus. Suporuotas su naujos kartos teleskopais - tokiais kaip Džeimso Webbo kosminis teleskopas ir Tranzitinis „Exoplanet“ tyrimo palydovas (TESS), kurią neseniai pradėjo - astronomai ne tik galės daugiau sužinoti apie egzoplanetų egzistavimą, bet ir galės apibūdinti jas kaip niekad anksčiau.
