Banebrydende infrarød billedkamera giver det skarpeste billede nogensinde af stjerner og planetdannende skiver

Et banebrydende nyt instrument, der producerer de skarpeste billeder af unge stjerner, kan give astronomer et fascinerende indblik i, hvordan solsystemet kan have set ud for mere end 4,5 milliarder år siden.

Et internationalt team af eksperter, herunder professor Stefan Kraus fra University of Exeter, udfører ny forskning i, hvordan planeter dannes ved hjælp af et banebrydende nyt infrarødt billedapparat.

Billederen, kaldet MIRC-X, er designet til at give ny indsigt i, hvordan planeter dannes fra de roterende, circumstellare skiver af tæt støv og gas, der findes omkring unge stjerner.

Mens konventionelle teleskoper kun kan se det ydre skiveområde af disse spæde stjerner, på grund af den store afstand de er fra Jorden, den nye imager kan producere billeder fra dybet af de meget indre områder.

Forskerholdet mener, at forskningen ikke kun vil give en langt større forståelse af, hvordan disse stjerner – fundet flere hundrede lysår væk – dannes, men også give et indblik i, hvordan solsystemet ville have set ud på selve dannelsen.

Professor Kraus, fra University of Exeters fysik- og astronomiafdeling og principforsker af MIRC-X-instrumentet sagde:"Den store pris i planetdannelsesstudier er at forstå, hvad der sker i de meget indre områder af disse skiver, på skalaen, hvor Jorden er placeret i vores solsystem.

"I disse meget indre regioner, skiven gennemgår en dramatisk overgang fra en støv+gassammensætning til en ren gasformig skive. Den stærke trykgradient i regionen kan føre til en ophobning af støvkorn, der kan udløse dannelsen af ​​klippeplaneter i regionen."

Forskerholdet, som også omfatter eksperter fra University of Michigan (USA), skabte MIRC-X imager til at give langt skarpere billeder af de meget indre diskområder for første gang.

Holdet brugte CHARA-teleskoparrayet, beliggende på Mt. Wilson i Californien og drives af Georgia State University, for at hjælpe med at producere de endelige billeder. Denne facilitet omfatter seks, en-meter teleskoper spredt over et område på 330 meter i diameter. MIRC-X instrumentet kombinerer lyset fra alle seks teleskoper på samme tid, effektivt at skabe opløsningskraften fra et gigantisk 330 meter teleskop.

Bedriften med at kombinere disse 6 CHARA-teleskoper er allerede opnået med et tidligere instrument, MIRC – bygget af University of Michigan – som fungerede som forløberen for MIRC-X.

"Vi opnåede skelsættende resultater inden for stjernernes astrofysik, ved at afbilde pletter på overfladen af ​​andre stjerner, eller ildkugleudvidelsesfasen af ​​en nova-eksplosion, " sagde professor John Monnier fra University of Michigan og hovedefterforsker af MIRC. "Men, for at nå det udfordrende mål at afbilde unge stjerner, vi var nødt til at redesigne og genopbygge instrumentet væsentligt."

Et af de vigtigste aspekter af redesignet vedrørte kameraet, der bruges til at registrere det svage signal, der produceres ved at overlejre stjernelyset fra de seks teleskoper.

"Vi havde brug for et kamera med ekstremt lav støj, men samtidig også en meget høj billedhastighed for at fastfryse enhver billedforvrængning, der indføres af atmosfæren, " forklarede professor Kraus. "Heldigvis, der er sket et reelt gennembrud inden for detektorteknologi for nogle år tilbage, der har resulteret i en ny generation af infrarøde kameraer med 40 gange lavere støj end tidligere. Det er verdens hurtigste, lav støj, infrarødt kamera og uhyggeligt tæt på at nå den grundlæggende fysiske grænse for enkeltfotondetektion, gør det næsten til det 'perfekte' kamera til vores formål."

I slutningen af ​​2018 opnåede holdet "første lys" med det fulde nye MIRC-X-system - det øjeblik, hvor det nye instrument fangede stjernelys første gang, med det innovative system.

"Vi fik en vellykket start på vores observationskampagne og kan ikke vente med at analysere de data, vi registrerede, sagde professor Kraus, "Billederne vil vise os, hvordan solsystemet kunne have set ud for 4,5 milliarder år siden, på det tidspunkt, hvor Jorden og de andre planeter blev dannet. "

"Når astronomer har tændt en maskine, der er en størrelsesorden, der er bedre end tidligere generationer, og peget den mod himlen, de opdagede spændende nye ting om universet, Professor Monnier tilføjede. "Jeg håber, det samme vil være tilfældet med vores nye instrument.

Instrumentteamet omfatter forskere fra University of Exeter, University of Michigan, og Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble. MIRC-X-projektet modtog støtte fra European Research Council og University of Exeter og bygger på tidligere støtte fra USA's National Science Foundation. Holdet takker First Light Imaging SRS for et frugtbart samarbejde og Fujikura Europe Ltd for at levere en prøve af deres optiske fibre.