Keck Observatory planet imager leverer første videnskab

En ny enhed på W.M. Keck Observatory på Hawaii har leveret sine første billeder, viser en ring af planetdannende støv omkring en stjerne, og separat, en cool, stjernelignende krop, kaldet en brun dværg, liggende nær dens ledsagerstjerne.

Enheden, kaldet en vortex coronagraph, blev for nylig installeret inde i NIRC2 (Near Infrared Camera 2), arbejdshestens infrarøde billedkamera hos Keck. Det har potentialet til at afbilde planetsystemer og brune dværge tættere på deres værtsstjerner end noget andet instrument i verden.

"Hvirvelkoronagrafen giver os mulighed for at kigge ind i områderne omkring stjerner, hvor gigantiske planeter som Jupiter og Saturn angiveligt dannes, " sagde Dmitri Mawet, forsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory og Caltech, begge i Pasadena. "Før nu, vi var kun i stand til at forestille os gasgiganter, der er født meget længere ude. Med hvirvelen, vi vil være i stand til at se planeter kredse så tæt på deres stjerner, som Jupiter er på vores sol, eller omkring to til tre gange tættere på, end hvad der var muligt før."

De nye vortex-resultater præsenteres i to artikler, begge offentliggjort i januar 2017-udgaven af Astronomisk Tidsskrift . Et studie, ledet af Gene Serabyn fra JPL, den overordnede ledelse af Keck vortex-projektet, præsenterer det første direkte billede af den brune dværg kaldet HIP79124 B. Denne brune dværg er placeret 23 astronomiske enheder fra en stjerne (en astronomisk enhed er afstanden mellem vores sol og Jorden) i et nærliggende stjernedannende område kaldet Scorpius-Centaurus.

"Evnen til at se meget tæt på stjerner giver os også mulighed for at søge efter planeter omkring fjernere stjerner, hvor planeterne og stjernerne ville komme tættere på hinanden. At have evnen til at undersøge fjerne stjerner for planeter er vigtigt for at fange planeter, der stadig dannes, " sagde Serabyn. Han ledede også et hold, der testede en forgænger til vortex-anordningen på Hale-teleskopet ved Caltechs Palomar-observatorium, nær San Diego. I 2010 holdet sikrede højkontrastbilleder af tre planeter som kredser i de fjerne områder af stjernesystemet kaldet HR8799.

Den anden hvirvelundersøgelse, ledet af Mawet, præsenterer et billede af den inderste af tre ringe af støvede, planetdannende materiale omkring den unge stjerne kaldet HD141569A. Resultaterne, kombineret med infrarøde data fra NASAs Spitzer- og WISE-missioner, og Den Europæiske Rumorganisations Herschel-mission, afsløre, at stjernens planetdannende materiale består af småstensstore olivinkorn, et af de mest udbredte silikater i Jordens kappe. Dataene viser også, at temperaturen i den inderste ring afbildet af hvirvelen er omkring minus 280 grader Fahrenheit (100 Kelvin, eller minus 173 grader Celsius), en smule varmere end vores asteroidebælte.

"De tre ringe omkring denne unge stjerne er indlejret som russiske dukker og gennemgår dramatiske ændringer, der minder om planetarisk dannelse, " sagde Mawet. "Vi har vist, at silikatkorn har agglomereret til småsten, som er byggestenene i planetembryoner."

Om vortex-koronagrafen

Hvirvelen blev opfundet i 2005 af Mawet, mens han var på universitetet i Liège i Belgien. Keck vortex coronagraph blev bygget af en kombination af universitetet i Liège, Uppsala Universitet i Sverige, JPL og Caltech.

De første videnskabelige billeder og resultater fra vortex-instrumentet demonstrerer dets evne til at afbilde planetdannende områder skjult under stjernernes blænding. Stjerner overstråler planeter med en faktor på få tusinde til et par milliarder, gør det svage lys på planeter meget svært at se, især for planeter, der ligger tæt på deres stjerner. For at håndtere denne udfordring, forskere har opfundet instrumenter kaldet coronagraphs, som typisk bruger små masker til at blokere stjernelyset, meget som at blokere den skarpe sol med din hånd eller et bilskærm for at se bedre.

Det, der gør vortex-koronagrafen unik, er, at den ikke blokerer stjernelyset med en maske, men i stedet omdirigerer lyset væk fra detektorerne ved hjælp af en teknik, hvor lysbølger kombineres og udlignes. Fordi vortexen ikke kræver en okkult maske, det har den fordel, at det tager billeder af områder tættere på stjerner end andre koronagrafier. Mawet sammenligner processen med en storms øje.

"Instrumentet kaldes en vortex-koronagraf, fordi stjernelyset er centreret om en optisk singularitet, som skaber et mørkt hul ved placeringen af ​​billedet af stjernen, " sagde Mawet. "Orkaner har en singularitet i deres centre, hvor vindhastighederne falder til nul - stormens øje. Vores vortex-koronagraf er dybest set øjet i en optisk storm, hvor vi sender stjernelyset."

Hvad er det næste for hvirvelen

I fremtiden, hvirvelen vil se på mange flere unge planetsystemer, især planeter nær "frostlinjerne, "som er området omkring en stjerne, hvor temperaturen er kold nok til flygtige molekyler, såsom vand, metan og kuldioxid, at kondensere til faste iskolde korn. Frostlinjen menes at opdele et solsystem i områder, hvor planeter sandsynligvis bliver til klippe- eller gasgiganter. Undersøgelser af frostlinjeregionen ved vortex-koronagrafen vil hjælpe med at besvare igangværende gåder om en klasse af varme, gigantiske planeter fundet ekstremt tæt på deres stjerner - de "varme Jupiters, " og "varme Neptunes." Formede disse planeter først tæt på frostlinjen og migrerede ind, eller dannede de sig lige ved siden af ​​deres stjerner? "Med lidt held vi kan fange planeter i færd med at migrere gennem den planetdannende skive, ved at se på disse meget unge genstande, " sagde Mawet.

"Hvirvelens kraft ligger i dens evne til at afbilde planeter meget tæt på deres stjerne, noget, vi ikke kan gøre for jordlignende planeter endnu, " sagde Serabyn. "Hvirvelkoronagrafen kan være nøglen til at tage de første billeder af en lyseblå prik som vores egen."