NASA -teamet passerer en stor teknologisk milepæl for karakterisering af eksoplaneter

NASA-forskere siger, at de har bestået en stor milepæl i deres søgen efter at modne mere kraftfulde værktøjer til direkte at opdage og analysere atmosfærerne på kæmpe planeter uden for solsystemet-et af observationsmålene for NASA's foreslåede Wide-Field Infrared Space Telescope, også kendt som WFIRST.

I tests udført på High-Contrast Imaging Testbed på NASAs Jet Propulsion Laboratory, eller JPL, i Pasadena, Californien - et af verdens mest avancerede testbede af slagsen - forskere skabte, hvad de kalder et område med meget dyb kontrast mellem en simuleret stjerne og dens planet. De demonstrerede også evnen til at opdage og analysere planetens svage lys over en relativt stor del af det synlige til nær-infrarøde bølgelængdebånd.

Et instrument udviklet af forskere ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland - Prototype Imaging Spectrograph for Coronagraphic Exoplanet Studies, eller FISKER - spillede en vigtig rolle i demonstrationen, viser, at det kan adskille lys fra en eller flere exoplaneter i størrelse Jupiter efter deres bølgelængde (farve) og registrere dataene på hver position omkring en stjerne.

For at sætte pris på forskernes milepæl, det er vigtigt at forstå selve udfordringen.

Lyset fra disse planeter er yderst svagt - svagere end deres værtsstjerner med en faktor 100 millioner eller mere, og fra vores perspektiv på Jorden, disse planeter ser ganske tæt på deres stjerner. Med et konventionelt billedkamera, planetens lys går tabt i stjernens blænding. Imidlertid, med et koronagraf - en enhed, der undertrykker blændingen og skaber en mørk zone omkring en stjerne - kan det svage lys på en eksoplanet afsløres.

Arbejder i samklang med coronagraph, en integreret feltspektrograf, eller IFS, såsom FISKER, ville være i stand til at adskille eksoplanetens lys med sin bølgelængde og registrere dataene, afslører detaljer om planetens fysiske egenskaber, herunder den kemiske sammensætning og struktur af dens atmosfære.

Under testen, Goddard-JPL-teamet fastholdt en meget dyb kontrast over 18 procent af coronagraphs bølgelængdebånd-en rekord, der lover godt for fremtidige missioner som WFIRST, som har baselined et koronagraf og et IFS-type instrument på missionen. (For at sætte dette i perspektiv, det menneskelige øje kan se det fulde synlige spektrum af farver, fra blå til rød, hvilket svarer til en 50 procent båndpas. Sammenlignet med, en laserpointer har en enkelt farve, som er meget mindre end en procent.)

"At opnå en kontrast så dybt over et så bredt band er aldrig blevet gjort før og var et af vores mål. Ideelt set, vi vil gerne observere hele planetens spektrum - med andre ord, se alle dens farver på én gang - men det er endnu ikke muligt med nuværende koronagrafiske teknologier. Atten procent, som demonstreret af FISCES, er den nuværende topmoderne teknik, "sagde Goddard -videnskabsmand og FISKE -instrumentforsker Michael McElwain. Til sammenligning, JPL's laboratoriekoronagraf opretholdt det samme niveau af mørk kontrast over 10 procent af de optiske bølgelængdebånd før idriftsættelsen af ​​bordpladen FISCES sidste år.

"Vi er ikke færdige endnu og forsøger stadig at komme til højere kontraster, men de 100 millioner til en over 18 procent af det optiske bølgelængdebånd er en vigtig og betydelig milepæl, "sagde Maxime Rizzo, en postdoc -studerende, der arbejder med McElwain og hans team for at fremme FISKER. "Med den øgede båndpas, vi kan få mange farver på én gang. Dette gør det muligt for os at identificere flere molekyler i atmosfærerne og få et stort billede. "

FISKENE, som McElwain udviklede med finansiering fra Goddards program for intern forskning og udvikling og det prestigefyldte Nancy Grace Roman Technology Fellowship, adskiller lyset lidt anderledes end mere traditionelle spektrografer.

Som en enhed af IFS-type, PISCES tager et koronagrafisk billede og prøver det med en mikro-linse array, der består af mere end 5, 800 små glassegmenter, der ikke er større end bredden af ​​tre menneskehår. Mikrolinsen skaber en vifte af "pletter", der derefter spredes af et prisme og til sidst genoptages på en detektor. I praksis, hver mikro-linse, eller lenslet, isolerer en lille del af det koronagrafiske billede, skaber mikrospektre for lyset, der passerer gennem hver lille linse. De multiple spektre kombineres derefter til en datakube, som forskere analyserer.

IFS giver alle oplysninger om bølgelængden samtidigt på tværs af hele synsfeltet. Med mere traditionelle billeddannelsesobservationer, forskere skal cykle gennem de forskellige bølgelængder, som tager tid og kræver en mekanisme til at ændre filtrene - krav ikke ønskelige med et kredsende observatorium, der kun har begrænset tid at bruge på et mål. Selve det optiske system ændrer sig over tid på grund af termiske og dynamiske variationer, yderligere understreger behovet for samtidige spektrale observationer.

"Derfor baserede WFIRST-planlæggere i første omgang IFR-typen spektrograf, "Sagde Rizzo." I dette tilfælde, FISKER tilbød information om hele 18 procent af båndpasset, i stedet for de traditionelle 10 procent, der var blevet demonstreret på JPL uden et IFS. FISKER viste, at det kunne muliggøre mere videnskab. "

Selvom teamet viste den dybe kontrast over en større del af det synlige til nær-infrarøde båndpas, og ved at gøre det, hævede teknologiens beredskabsniveau, arbejdet forbliver, sagde Avi Mandell, den FØRSTE IFS -projektforsker. "Succesen har åbnet alle nye ideer til undertrykkelse af stjernelys, som vi vil teste."