Araştırmacılar, ana yıldızlarından ışıkla gizlenen uzak dış gezegenleri görmeyi mümkün kılan yeni bir koronagraf – parlak bir kaynaktan ışığı engelleyen optik bir cihaz – geliştirdiler. Yeni cihaz, bugünün teleskoplarının çözemeyeceği güneş sistemimizin ötesinde dış gezegenleri ortaya çıkarabilir ve Dünya’nın ötesinde yaşam olasılığı hakkında bilgi verebilir.
Arizona Üniversitesi’nden araştırma ekibi lideri Nico Deshler, “Yaşanabilir bölgedeki dünya benzeri gezegenler-sıcaklıkların sıvı suyun var olmasına izin verebileceği bir yıldızın etrafındaki bölge-ev sahibi yıldızlarından bir milyar kat daha kararmış olabilir.” Dedi.
“Bu onları tespit etmelerini zorlaştırıyor çünkü hafif ışıkları yıldızın parlaklığından bunalmış. Yeni koronagraf tasarımımız, bir görüntü yakalamadan önce dış gezegen ışığını gizleyebilecek yıldız ışığını uzaklaştırıyor.”
İçinde Optica, Araştırmacılar, yeni koronagrafın teorik olarak kuantum optikler tarafından belirlenen dış gezegen tespit ve lokalizasyonun temel sınırlarını elde edebileceğini gösteriyor. Ayrıca, teleskopun çözünürlük sınırının normalde izin vereceğinden 50 kat daha küçük olan mesafelerle yapay dış gezegenlerin konumunu tahmin etmelerine izin veren görüntüleri yakalamak için kullandılar.
Deshler, “Diğer koronagraf tasarımlarıyla karşılaştırıldığında, bizimki, teleskopun çözünürlük sınırlarının altında yatan alt difraksiyon dış gezegenleri hakkında daha fazla bilgi vermeyi vaat ediyor.” Dedi. “Bu, potansiyel olarak biyosignatürleri tespit etmemize ve yıldızlar arasında yaşamın varlığını keşfetmemize izin verebilir.”
Işık tarafından kör
Optik olarak analiz etmek dış gezegenler müthiş bir meydan okuma oluşturmaktadır, çünkü astronomik ölçeklerde, mevcut teleskopların çözmesi için genellikle ana yıldızlarına çok yakındırlar. Dış gezegenler, ev sahibi yıldızlarından daha büyük bir dimmer siparişi de olabilir. Gökbilimciler, bir gezegenin varlığını prospektif bir yıldızın etrafında dolaylı olarak çıkarmak için çeşitli yollar geliştirmiş olsalar da, görüntülerdeki dış gezegenleri doğrudan gözlemlemek ideal olacaktır.
NASA’nın yeni nesil uzay teleskopu, Exoplanet Bilimine adanmış olan Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi (HWO) ile, her biri farklı pratik ve teorik performans ödünleşmelerine sahip birçok koronagraf tasarımı ortaya çıktı.
Aynı zamanda, son çalışmalar teleskoplar için geleneksel çözünürlük kavramlarının temel sınırları yansıtmadığını ve dikkatli optik ön işlemle atlanabileceğini göstermiştir.
Bu gelişmelerden esinlenilen araştırmacılar, bir eksen dışı dış belgecenin maksimum verimini elde ederken, eksen üzerindeki bir yıldızdan teorik olarak tüm ışığı teorik olarak reddeden gelişmiş bir koronagraf geliştirmek için laboratuvarlarında bulunan bir mekansal mod sıralayıcı kullanmaya karar verdiler.
Piyano notları gibi farklı akustik frekanslar yayar, uzaydaki ışık kaynakları, konumlarına bağlı olarak farklı mekansal modları – benzersiz şekilleri ve salınım desenlerini – heyecanlandırır. Araştırmacılar, yıldız ışığı reddedildikten sonra optik alanı yeniden oluşturmak için bir yıldızdan ve ters mod sıralayıcısından ışığı izole etmek ve ortadan kaldırmak için bir mod sıralayıcı kullanarak bu farklı modları ayırdı. Bu, yıldız olmadan dış gezegenin bir görüntüsünü yakalamayı mümkün kıldı.
Deshler, “Koronagrafımız, herhangi bir mekansal yönelim olmadan sadece dış gezegenden gelen ışık miktarını ölçmek yerine, dış gezegenin bir görüntüsünü doğrudan yakalar.” Dedi. “Görüntüler, dış gezegen yörüngelerini belirlemek ve bir yıldızdan ışığı yayan diğer nesneleri tanımlamak için kullanılabilecek bağlam ve kompozisyon bilgileri sağlayabilir.”
Hafif dış gezegenleri görüntüleme
Koronagraflarını laboratuvarda yapılandırdıktan sonra, araştırmacılar, dış gezegenin geleneksel bir teleskopla çözülemeyecek kadar yıldıza yeterince yakın konumlandırıldığı yapay bir yıldız eksoplanet sahnesi inşa ettiler. Yıldız ve gezegen arasındaki kontrast oranı 1000: 1’e ayarlandı.
Araştırmacılar, gezegenin yıldızın önünde ilerlediği bir yörüngeyi simüle etmek için dış gezegenin konumunu taradılar ve daha sonra her çerçevedeki konumunu belirlemeye çalıştılar. Yeni koronagrafı içeren deney kurulumları ile yakalanan görüntüler, alt difraksiyon gezegen yıldızı ayırmalarındaki dış gezegenin konumunu tahmin etmelerini sağladı.
Araştırmacılar, ışığın farklı optik modlarda sızdığı bir tür parazit olan karışıklıkları azaltmak için mod sıralayıcısını geliştirmek için çalışıyorlar. Orta kontrast seviyelerine sahip sahneler için, karışma çok sorunlu değildir. Bununla birlikte, dış gezegen biliminde bulunan aşırı kontrastlar, yıldızdan ışığı yeterince izole etmek için çok yüksek bir uzaysal mod sıralayıcısı gerektirecektir.
Araştırmacılar, bu prensip kanıtı deneyinin, gelecekteki astronomik enstrümantasyonda optik ön işlemenin mekansal mod sıralılarla daha fazla araştırılmasına ilham verebileceğini söylüyor. Örneğin, kullandıkları mekansal mod filtreleme yöntemleri, yıldızların genişletilmiş nesneler olarak muamele edilmesi gibi daha karmaşık senaryoları ele alabilir ve ayrıca kuantum algılama, tıbbi görüntüleme ve iletişim için yeni görüntüleme yöntemlerine yol açabilir.
