Opfinder værktøjer til at opdage liv andre steder

For nylig, astronomer annoncerede opdagelsen af, at en stjerne ved navn TRAPPIST-1 kredser om syv planeter i jordstørrelse. Tre af planeterne bor i "beboelig zone, "området omkring en stjerne, hvor flydende vand sandsynligvis vil eksistere på overfladen af ​​en stenet planet. Andre potentielt beboelige verdener er også blevet opdaget i de seneste år, lader mange mennesker undre sig:Hvordan finder vi ud af, om disse planeter faktisk er vært for livet?

Hos Caltech, i Exoplanet Technology Laboratory, eller ET Lab, af lektor i astronomi Dimitri Mawet, forskere har haft travlt med at udvikle en ny strategi til scanning af eksoplaneter efter biosignaturer - tegn på liv som iltmolekyler og metan. Disse kemikalier - som ikke naturligt holder fast længe, ​​fordi de binder sig til andre kemikalier - er rigelige på Jorden stort set takket være de levende væsener, der driver dem ud. At finde begge disse kemikalier omkring en anden planet ville være en stærk indikator for livets tilstedeværelse.

I to nye artikler, der skal offentliggøres i Astrofysisk Journal og Astronomisk Journal , Mawets team demonstrerer, hvordan denne nye teknik, kaldet high-dispersion coronagraphy, kunne bruges til at lede efter udenjordiske biosignaturer med det planlagte Thirty Meter Telescope (TMT), hvilken, når den er færdig i slutningen af ​​2020'erne, bliver verdens største optiske teleskop.

Ved hjælp af teoretiske og laboratoriemodeller, forskerne viser, at denne teknik kunne detektere biosignaturer på jordlignende planeter omkring M-dværgstjerner, som er mindre og køligere end vores sol og den mest almindelige type stjerne i galaksen. Strategien kunne også bruges på stjerner som vores egen sol, ved hjælp af fremtidige rumteleskoper som NASA's foreslåede Habitable Exoplanet Imaging Mission (HabEx) og Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR).

"Vi har vist, at denne teknik virker i teori og i laboratoriet, så vores næste trin er at vise, at det virker på himlen, "siger Ji Wang, en af ​​hovedforfatterne på de to nye artikler og en postdoktor i Mawet -laboratoriet. Holdet vil teste instrumenteringen på W. M. Keck Observatory på Hawaii i år eller næste år.

Den nye teknik involverer tre hovedkomponenter:et koronagraf, et sæt optiske fibre, og et højopløselig spektrometer. Coronagraphs er enheder, der bruges i teleskoper til at blokere eller fjerne stjernelys, så planeter kan afbildes. Stjerner overstråler deres planeter med et par tusinde til et par milliarder gange, gør planeterne svære at se. Mange forskellige typer koronagrafer er under udvikling; for eksempel, Mawets gruppe installerede og tog for nylig indledende billeder med sin nye vortex -koronagraf på Keck -observatoriet.

Når først et billede af en planet er opnået, det næste trin er at studere planetens atmosfære ved hjælp af et spektrometer, et instrument, der bryder planetens lys for at afsløre "fingeraftryk" af kemikalier, såsom ilt og metan. De fleste koronagrafer fungerer sammen med lavopløste spektrometre. Mawets nye teknik indeholder et højopløselig spektrometer, som har flere fordele.

En af de største fordele er at hjælpe med at sile det uønskede stjernelys yderligere ud. Med spektrometre i høj opløsning, de spektrale træk på en planet er mere detaljerede, gør det lettere at skelne og adskille planetens lys fra det lurende stjernelys.

Det betyder, at i Mawets metode, coronagrafen behøver ikke at være så god til at sigte stjernelys ud, som man mente var nødvendig for at karakterisere jordlignende verdener.

"Denne nye teknik kræver ikke, at coronagrafen arbejder så hårdt, og det er vigtigt, fordi vi kan bruge nuværende teknologier, der allerede er tilgængelige, "siger Mawet, som også er forsker ved Jet Propulsion Laboratory (JPL), som administreres af Caltech for NASA. "Med et højopløselig spektrometer, vi kan forbedre følsomheden af ​​vores system med en faktor 100 til 1, 000 over nuværende jordbaserede metoder. "

En anden fordel ved at bruge højopløselige spektrometre ligger i datamængden. Ud over at give flere detaljer om de molekylære bestanddele i en planets atmosfære, disse instrumenter skal være i stand til at afsløre en planets rotationshastighed og give grove kort over overfladeegenskaber og vejrmønstre. "Det er et langt skud, men vi kan endda have evnen til at lede efter kontinenter på kandidatjordlignende planeter, "siger Mawet.

I teamets design, coronagraph er forbundet til højopløsnings-spektrometeret ved hjælp af et sæt optiske fibre. Overraskende, laboratorieforsøg afslørede, at fibrene også filtrerer stjernelys fra.

"Dette var fuldstændig serendipitøst, "siger Garreth Ruane, medforfatter på de to nye artikler og en postdoktor i National Science Foundation i Mawets gruppe. "Det er prikken over i'et."

Næste, forskerne vil demonstrere deres teknik på Keck -observatoriet. Selvom instrumenteringen endnu ikke kan studere potentielle jordlignende planeter-det vil kræve det større tredive meter teleskop-burde systemet kunne afsløre nye detaljer om atmosfærerne på større gaseksoplaneter, herunder eksotiske sorter, der ikke ligner dem i vores eget solsystem.

"Denne nye innovation ved at kombinere koronagrafen med et højopløselig spektrometer giver os en klar vej til i sidste ende at søge efter liv ud over Jorden."