Nyt teleskopdesign kunne fange fjerne himmellegemer med enestående detaljer

Forskere har designet et nyt kamera, der kunne give hyperteleskoper mulighed for at se flere stjerner på én gang. Det forbedrede teleskopdesign har potentiale til at opnå ekstremt højopløselige billeder af objekter uden for vores solsystem, såsom planeter, pulsarer, kuglehobe og fjerne galakser.

"Et flerfelt hyperteleskop kunne, i princippet, fange et meget detaljeret billede af en stjerne, muligvis også viser dens planeter og endda detaljerne på planternes overflader, "sagde Antoine Labeyrie, emeritus -professor ved Collège de France og Observatoire de la Cote d'Azur, der var banebrydende inden for hyperteleskopdesignet. "Det kunne tillade, at planeter uden for vores solsystem blev set med tilstrækkelige detaljer til, at spektroskopi kunne bruges til at søge efter beviser for fotosyntetisk liv."

I The Optical Society's (OSA) tidsskrift Optik bogstaver , Labeyrie og en multiinstitutionel gruppe forskere rapporterer optiske modelleringsresultater, der verificerer, at deres multi-field-design væsentligt kan udvide den snævre synsfeltdækning af hyperteleskoper, der er udviklet til dato.

Gør spejlet større

Store optiske teleskoper bruger et konkavt spejl til at fokusere lys fra himmelske kilder. Selvom større spejle kan producere mere detaljerede billeder på grund af deres reducerede diffraktive spredning af lysstrålen, der er en grænse for, hvor store disse spejle kan laves. Hyperteleskoper er designet til at overvinde denne størrelsesbegrænsning ved hjælp af store matriser af spejle, som kan være adskilt fra hinanden.

Forskere har tidligere eksperimenteret med relativt små prototype hyperteleskopdesign, og en version i fuld størrelse er i øjeblikket under opførelse i de franske alper. I det nye værk, forskere brugte computermodeller til at skabe et design, der ville give hyperteleskoper et meget større synsfelt. Dette design kunne implementeres på Jorden, i et krater på månen eller endda i ekstremt stor skala i rummet.

Bygger et hyperteleskop i rummet, for eksempel, ville kræve en stor flotille af små spejle med afstand til at danne et meget stort konkavt spejl. Det store spejl fokuserer lys fra en stjerne eller et andet himmellegeme på et separat rumskib, der bærer et kamera og andre nødvendige optiske komponenter.

"Multifeltsdesignet er en ret beskeden tilføjelse til det optiske system i et hyperteleskop, men bør i høj grad forbedre dens evner, "sagde Labeyrie." En sidste version, der er indsat i rummet, kan have en diameter, der er titalls gange større end Jorden og kan bruges til at afsløre detaljer om ekstremt små genstande som Krabbe -pulsaren, en neutronstjerne, der menes at være kun 20 kilometer i størrelse. "

Udvidelse af visningen

Hyperteleskoper bruger det, der er kendt som pupildensifikation, til at koncentrere lysopsamling til dannelse af billeder i høj opløsning. Denne proces, imidlertid, begrænser synsfeltet for hyperteleskoper i høj grad, forhindrer dannelse af billeder af diffuse eller store objekter, såsom en kugleformet stjerneklynge, eksoplanetarisk system eller galakse.

Forskerne udviklede et mikrooptisk system, der kan bruges sammen med fokalkameraet på hyperteleskopet til samtidig at generere separate billeder af hvert interessefelt. For stjerneklynger, dette gør det muligt at få separate billeder af hver af tusinder af stjerner samtidigt.

Det foreslåede flerfeltdesign kan betragtes som et instrument fremstillet af flere uafhængige hyperteleskoper, hver med en forskelligt vippet optisk akse, der giver den et unikt billedfelt. Disse uafhængige teleskoper fokuserer tilstødende billeder på en enkelt kamerasensor.

Forskerne brugte optisk simuleringssoftware til at modellere forskellige implementeringer af et multi-felt hyperteleskop. Disse leverede alle nøjagtige resultater, der bekræftede gennemførligheden af ​​observationer på flere felter.

At inkorporere multi-field-tilføjelsen i hyperteleskop-prototyper ville kræve udvikling af nye komponenter, herunder adaptive optikkomponenter til at korrigere resterende optiske ufuldkommenheder i off-aksedesignet. Forskerne fortsætter også med at udvikle justeringsteknikker og styringssoftware, så det nye kamera kan bruges med prototypen i Alperne. De har også udviklet et lignende design til en månebaseret version.