Søgningen efter den perfekte koronagraf til at finde Earth 2.0

At studere exoplaneter bliver vanskeligere af lyset fra værtsstjernen. Coronagraphs er enheder, der blokerer stjernelyset, og både JWST og Nancy Grace Roman Telescope er udstyret med dem. Nuværende koronagrafer er ikke helt i stand til at se andre Jorder, men der arbejdes på at skubbe grænserne for teknologi og endda videnskab til en ny, mere avanceret enhed. Et papir udgivet på arXiv pre-print server udforsker de kvanteteknikker, der en dag kan give os mulighed for at foretage sådanne observationer.

Coronagraphs er enheder, der fastgøres til teleskoper og blev oprindeligt designet til at studere solens korona. Koronaen er det yderste lag af solens atmosfære, men er normalt skjult for det skarpe lys, der udsendes fra fotosfæren (det synlige lag).

Enheden er også blevet modificeret for at skjule lyset for stjerner for at studere svage objekter i deres nærhed. Disse stjernekoronagrafer bruges ofte til at jage efter ekstrasolare planeter og de skiver, som de dannes af.

Der er en række teknikker til at identificere ekstrasolare planeter, men direkte billeddannelse er en af ​​de vigtigste måder at lære om deres natur. Udfordringen, som stjernekoronagrafen imødekommer, er stjernens lysstyrke og planetens relative svaghed og nærheden til stjernen.

Koronagrafer kan øge forholdet mellem støj (i dette tilfælde lyset fra stjernen) og signalet fra exoplaneten ved optisk at fjerne lyset fra stjernen. I papiret udforsker forfatterne Nico Deshler, Sebastian Haffert og Amit Ashok fra University of Arizona, om koronagrafier er den bedste metode til at jage exoplaneter.

At studere exoplaneter er vigtigt for at hjælpe os med at lære om planetarisk dannelse, atmosfæriske videnskaber og måske endda livets oprindelse. Holdet nærmede sig deres analyse af koronagrafiske teknikker ved først at overveje detektionstrinnet og derefter lokaliseringsopgaven i exoplanetforskning.

De foretog først en hypotesetest for at se, om det var sandsynligt, at der eksisterede en exoplanet. Hvis forudsigelsen udspillede sig, og der fandtes en exoplanet, forsøgte holdet at estimere dens position. Hvad angår kvantegrænser for teleskopisk opløsning, brugte de kvantemekanik til at fremstille en grænse for exoplanetens position.

Holdet sammenlignede derefter klassiske direkte billeddannelseskoronagrafier med kvanteforudsigelserne ovenfor. Det skal bemærkes, at denne forskning fokuserede på nuværende koronagrafers evne til at detektere jordlignende exoplaneter ved hjælp af kvanteteori.

Forskningen konkluderer, at fuldstændig afvisning af et teleskops optiske tilstand er nøglen til at opnå de bedst mulige detektionsteknikker. Værtsstjerne- og planetadskillelser, der er så tæt på, at de er under teleskopernes diffraktionsgrænse, menes at være rigelige i hele universet. Det er derfor nødvendigt, at der udvikles kvanteoptimale koronagrafier, og det er opmuntrende, at denne forskning finder ud af, at de vil give nogle imponerende resultater.

Flere oplysninger: Nico Deshler et al., Achieving Quantum Limits of Exoplanet Detection and Localization, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.17988

Journaloplysninger: arXiv

Leveret af Universe Today