Astrocomb åbner nye horisonter for planetjagtteleskop

Jagten på jordlignende planeter, og måske udenjordisk liv, er lige blevet mere præcis takket være rekordsættende stjernelysmålinger gjort mulig af et National Institute of Standards and Technology (NIST) "astrocomb."

NISTs specialfremstillede frekvenskam - som præcist måler frekvenser, eller farver, af lys - sikrer præcisionen af ​​stjernelysanalyse ved hjælp af et instrument kaldet en spektrograf ved Hobby-Eberly Telescope i Texas. Projektet er et samarbejde mellem NIST, University of Colorado Boulder (CU) og Pennsylvania State University, den primære partner i teleskopet og spektrografen.

Det nye kamapparat giver for første gang den præcision, der er nødvendig for at opdage og karakterisere planeter, der kredser om M dværgstjerner, som udgør 70 procent af stjernerne i galaksen og er rigeligt i nærheden af ​​Jorden, forskerholdet rapporterede i Optica .

"Kammen tillod straks vores Penn State-kolleger at foretage målinger, de ellers ikke kunne foretage, " NIST Fellow Scott Diddams sagde. "Disse forbedrede værktøjer skulle give os mulighed for at finde beboelige planeter omkring de mest allestedsnærværende stjerner i vores galakse."

En stjernes atomovn udsender hvidt lys, som er modificeret af elementer i atmosfæren, der absorberer visse smalle farvebånd. For at søge efter planeter, der kredser om fjerne stjerner, astronomer leder efter periodiske ændringer i dette karakteristiske "fingeraftryk, " det er, meget små variationer i stjernelysets tilsyneladende farver over tid. Disse farvesvingninger er forårsaget af, at stjernen trækkes frem og tilbage af tyngdekraften fra en uset planet i kredsløb. Denne tilsyneladende vaklen er subtil, og målinger er begrænset af de frekvensstandarder, der bruges til at kalibrere spektrografer.

Hundredvis af exoplaneter er blevet opdaget ved hjælp af stjernewobble-analyse, men en planet med en masse, der ligner Jordens, og som kredser i den helt rigtige afstand fra en stjerne – i den såkaldte "Goldilocks-zone" – er svær at opdage med konventionel teknologi.

Data indsamlet af NIST-CU-Penn State forskerholdet viser, at astrokammen vil gøre det muligt at detektere jordmasseplaneter, der forårsager farveskift svarende til en stjerneslingre på omkring 1 meter i sekundet - den omtrentlige hastighed for en person, der går hen over en værelse, og mindst 10 gange bedre end tidligere opnået i det infrarøde område af det elektromagnetiske spektrum. Infrarødt lys er hovedtypen, der udsendes af M dværgstjerner.

I løbet af de sidste 20 år, NIST-forskere i Boulder, Colorado, først opfundet og derefter banebrydende for yderligere fremskridt inden for optiske frekvenskamme. Kammen leveret til Texas er unik ved at have omkring 5, 000 meget spredte "tænder, " eller specifikke farvekalibreringspunkter. Den er skræddersyet til læseevnen af ​​Penn State's Habitable Zone Planet Finder-sprektrograf og spænder over målet infrarøde bølgelængdebånd på 800-1300 nm. Kun 60 gange 152 kvadratcentimeter i størrelse og lavet af relativt simple kommercielle komponenter, kammen er også robust nok til at modstå kontinuerlig brug på et fjerntliggende sted.

Ved at give skræddersyet lys til spektrografen, NIST-kammen fungerer som en meget præcis lineal til at kalibrere og spore nøjagtige farver i en stjernes fingeraftryk og registrere eventuelle periodiske variationer. kammen, lavet med ny elektro-optisk laserteknologi, giver stærke signaler ved præcist definerede målfrekvenser, der kan spores til internationale målestandarder.

Projektet har været undervejs i årevis. NIST-CU-Penn State forskerholdet lavede en testkørsel i 2012, der viste løftet om den nye tilgang. Den nye kam blev leveret og så "første lys, "som de siger i astronomi, i februar 2018, og har kørt hver nat siden maj 2018. Den nye kam har et bredere lysområde og er mere stabil end den tidligere demoversion.

Mens ideen om at bruge frekvenskamme til at hjælpe med at opdage planeter har skabt stor interesse rundt om i verden, den nye NIST-astrokomb er den første i drift ved nær-infrarøde bølgelængder. Andre kamme, der i øjeblikket opererer på et teleskop, såsom High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) i Chile, er dedikeret til målinger af synligt lys.