NASA -undersøgelse betragtes som springbræt for astronomi

Forestil dig at prøve at se en ildflue ved siden af ​​en fjern rampelys, hvor bjælkerne fra rampelyset alt andet end overdøver den svage glød fra ildfluen. Tilføj tåge, og begge lys er dæmpet. Er gløden fra ildfluen stadig overhovedet synlig?

Det er spørgsmålet Jagten på observerbare signaturer af terrestriske systemer, eller HOSTS, Undersøgelsen fik til opgave at besvare, omend i en kosmisk skala. Ved hjælp af det store kikkertteleskopinterferometer, eller LBTI, i Arizona, HOSTS -undersøgelsen bestemmer lysstyrken og densiteten af ​​varmt støv, der flyder i nærliggende stjerners beboelige zoner, hvor flydende vand kunne eksistere på overfladen af ​​en planet.

Denne forskning vil bidrage til en rapport pr. Årti om astrofysik, produceret af de nationale akademier, som NASA bruger til at kortlægge et kursus for fremtidige missioner, hvoraf nogle kunne fortsætte søgen efter planeter omkring andre stjerner, kendt som eksoplaneter. Men før teleskoper til potentielle eksoplanetjagt-missioner kan designes, astronomer skal vide, om der er en grundlæggende grænse for deres evne til at se en lille, dim planet ved siden af ​​en lys stjerne, når systemet er indhyllet i støv.

"Vores resultat er, at der ikke er noget grundlæggende problem, "sagde Steve Ertel fra University of Arizona's Steward Observatory, instrumentforsker for Large Binocular Telescope Interferometer og hovedforfatter på papiret, "The HOSTS Survey - Exo -Zodiacal Dust Measurements for 30 Stars, ", der er offentliggjort i Astronomisk Journal . "Nu er det en teknisk udfordring."

En potentiel mission for at søge efter jordbaserede planeter ville sandsynligvis omfatte et rumbaseret teleskop, og HOSTS -undersøgelsen hjælper med at bestemme dens størrelse.

"Jo mere støv der er, jo større teleskopet skal være for at forestille sig en planet, "Ertel sagde." Det er vigtigt at vide, hvilket teleskopstørrelse der kræves, så omkostningerne kan minimeres. "

Støvet, der kredser i planet i vores solsystem, er kendt som "stjernetegn". HOSTS-undersøgelsen har fastslået, at det typiske niveau for stjernetegn omkring andre stjerner-kaldet "ekso-stjernetegn"-er mindre end 15 gange den mængde, der findes i vores eget solsystems beboelige zone. Stjerner med mere end den mængde støv gør dårlige mål for fremtidige eksoplanet -billeddannelser, som planeter ville være svære at gennemskue disen. En sådan stjerne med en fremtrædende støvskive, kaldet Epsilon Eridani, er en af ​​de 10 nærmeste stjerner undersøgt af HOSTS Survey.

"Det er meget tæt på, "Ertel sagde." Det er en stjerne, der minder meget om vores sol. Det ville være et meget flot mål at se på, men vi fandt ud af, at det ikke ville være en god idé. Du ville ikke kunne se en jordlignende planet omkring den. "

'Det er vores bedste gæt'

Hvis støv og snavs gør det svært at finde stenede verdener, hvorfor så søge efter planeter i støvede systemer?

"Der er støv i vores eget solsystem, "sagde Philip Hinz, føringen for HOSTS Survey -teamet og lektor i astronomi ved UA. "Vi vil karakterisere stjerner, der ligner vores eget solsystem, fordi det er vores bedste gæt på, hvad andre planetsystemer kan have liv. "

Støvfordelingsmønsteret omkring en værtsstjerne kan også fortælle astronomer noget om de potentielle planeter i et stjernesystem. Nogle stjerner har bredt, kontinuerlige diske, der fylder hele systemet. Dette betragtes som en standardmodel, som støv dannes under asteroide -kollisioner langt fra stjernen og derefter spiraler indad mod stjernen, så den fordeles jævnt i hele systemet.

"Det er noget, vi forventede at se, men vi så også nogle overraskelser, "Sagde Ertel.

Tag Vega, en af ​​de lyseste stjerner på nattehimlen. I mere end 30 år har astronomer har vidst, at Vega har et massivt bælte med koldt støv langt fra stjernen, analog med vores solsystems Kuiperbælte. Stjernen har også en disk med varmt støv meget tæt på den.

"Vi tænkte, at Vega også skal have støv i beboelseszonen, fordi det har støv meget tæt og støv længere væk, "Ertel sagde." Men vi kiggede på Vegas beboelige zone, og vi fandt ikke noget. "

Vegas beboelige zone er blottet for påviseligt støv, hvilket kunne indikere, at systemet har planeter, der forhindrer støv i at samle sig der. Planeter er endnu ikke blevet opdaget omkring Vega, men aktuelle observationer er ikke engang følsomme nok til at opdage en planet så stor som Jupiter nær stjernen, endsige jordlignende planeter.

"Dette kan være en indikation på en planet, vi ikke kan se, "Ertel sagde." Det kan være en massiv planet uden for beboelseszonen, eller det kan være flere jordmasseplaneter. "

Andre stjerner havde forskellige støvfordelinger:intet langt væk eller meget tæt på, men enorme mængder lys, varmt støv i deres beboelige zoner. Hvis en stjerne ikke har en Kuiper Belt -analog, der producerer støv, men den har stadig en ring med varmt støv, der skal være en anden mekanisme i spil i systemet.

"Der kan være kæmpe planeter som Jupiter og Saturn i det system, men systemets asteroide bælte har en masse masse, så du får mange kollisioner, der laver store mængder støv, "Sagde Hinz.

At studere disse støvskiver giver astronomer flere brikker til puslespillet om planetarisk arkitektur. Mens tidligere undersøgelser har ledt efter planeter meget tæt på, og meget langt væk, stjerner for at bestemme, hvor planeter typisk er placeret i stjernesystemer, HOSTS -undersøgelsen er ved at bestemme, hvordan støv og asteroidebånd ser ud i det gennemsnitlige stjernesystem.

"Undersøgelsen er i gang, så vi har flere spørgsmål end svar, "Sagde Hinz." Vi er i de tidlige dage for at prøve at finde ud af, hvordan det hele hænger sammen. "

Detektionsmetoder

Ekso-stjernetegn er blevet opvarmet til stuetemperatur af værtsstjernen, så det lyser, når det ses i infrarøde bølgelængder - det vil sige i infrarødt lys, udsendes af opvarmede genstande. Imidlertid, ved disse bølgelængder, stjerner lyser 10, 000 gange lysere end støvet. For at se, hvor meget støv der hvirvlede omkring deres valgte 30 stjerner, HOSTS -undersøgelsen opdagede støvskiverne ved hjælp af en teknik kaldet "Bracewell nulling interferometri, "efter Ronald Bracewell, astronomen, der først foreslog metoden.

"Interferometri betyder" måling af interferensen mellem to bølgetog, '"Sagde Hinz.

Det store kikkertteleskop, eller LBT, har den unikke evne til at udføre denne interferometri, som det er designet, så dets tvillingsteleskoper hver kan registrere lysbølger, der er helt ude af fase med hinanden. Når bølger er ude af fase, de annullerer hinanden, får deres toppe og trug til at flade.

"Resultatet er, at du annullerer lyset fra stjernen, "Sagde Hinz.

En lignende teknik blev introduceret i 1998, ved hjælp af Multiple Mirror Telescope på Arizona's Mount Hopkins.

"Det tog næsten 20 år at forfine teknikken, så den er præcis nok, så vi kunne slippe af med stjernen og følsomme nok, så vi kunne se det resterende lys fra støvet, "Sagde Hinz.

At opnå denne annullering kræver, at LBT'en kan tilpasses. Efter at lyset har sprunget af teleskopets 8-meters primære spejle, det reflekterer fra de sekundære spejle og ind i detektorer. De sekundære spejle er deformerbare, så de kan korrigere for lysforvrængninger forårsaget af krusninger i atmosfæren. For at interferometrien fungerer, disse korrektioner skal være nøjagtige til en hundrededel af bredden af ​​et menneskehår.