Os pesquisadores desenvolveram um novo coronagraph – um dispositivo óptico que bloqueia a luz de uma fonte brilhante – que poderia possibilitar ver exoplanetas distantes obscurecidos pela luz de suas estrelas dos pais. O novo dispositivo pode revelar exoplanetas além do nosso sistema photo voltaic que os telescópios de hoje não podem resolver, fornecendo informações sobre a possibilidade de vida além da Terra.
“Planetas parecidos com a Terra na zona habitável-a região em torno de uma estrela onde as temperaturas podem permitir que a água líquida exista-pode facilmente chegar a um bilhão de vezes mais escuro do que sua estrela anfitriã”, disse o líder da equipe de pesquisa Nico Deshler, da Universidade do Arizona. “Isso os torna difíceis de detectar, porque sua luz fraca é impressionada com o brilho da estrela. Nosso novo design de coronagraph desmaiou a luz das estrelas que pode obscurecer a luz exoplaneta antes de capturar uma imagem”.
Em Opticaos pesquisadores mostram que o novo coronagraph pode teoricamente alcançar os limites fundamentais da detecção e localização de exoplanetas definidas pela óptica quântica. Eles também o usaram para capturar imagens que lhes permitiam estimar a posição dos exoplanetas artificiais com distâncias de sua estrela anfitriã até 50 vezes menor do que o que o limite de resolução do telescópio normalmente permitiria.
“Comparado a outros projetos de coronagraph, os nossos prometem fornecer mais informações sobre os chamados exoplanetas de sub-desfracção-aqueles que estão abaixo dos limites de resolução do telescópio”, disse Deshler. “Isso pode nos permitir detectar potencialmente bios -assinaturas e descobrir a presença da vida entre as estrelas”.
Cego pela luz
Analisar opticamente os exoplanetas apresenta um desafio formidável porque, em escalas astronômicas, elas geralmente estão muito próximas da estrela dos pais dos telescópios atuais para resolver. Os exoplanetas também podem ser ordens de magnitude mais escura do que sua estrela anfitriã. Embora os astrônomos tenham desenvolvido várias maneiras de inferir indiretamente a presença de um planeta em torno de uma estrela em potencial, observar diretamente os exoplanetas nas imagens seria o very best.
Com o telescópio espacial da próxima geração da NASA, o Observatório Habitável do Mundo (HWO), sendo dedicado à ciência do exoplaneta, muitos designs de coronagraph surgiram, cada um com diferentes compensações práticas e teóricas do desempenho. Ao mesmo tempo, trabalhos recentes mostraram que as noções tradicionais de resolução para telescópios não refletem limites fundamentais e podem ser contornados com um pré-processamento óptico cuidadoso.
Inspirados nesses desenvolvimentos, os pesquisadores decidiram usar um classificador de modo espacial disponível em seu laboratório para desenvolver um coronagraph aprimorado que teoricamente rejeita toda a luz de uma estrela no eixo, enquanto atinge a taxa de transferência máxima de uma exoplaneta fora do eixo.
Assim como as notas de piano emitem diferentes frequências acústicas, as fontes de luz no espaço excitam diferentes modos espaciais – formas e padrões exclusivos de oscilação – dependendo de sua posição. Os pesquisadores separaram esses modos diferentes usando um classificador de modo para isolar e eliminar a luz de uma estrela e um classificador de modo inverso para recompor o campo óptico depois que a luz das estrelas é rejeitada. Isso tornou possível capturar uma imagem do exoplaneta sem a estrela.
“Nosso coronagraph captura diretamente uma imagem do exoplaneta, em vez de medir apenas a quantidade de luz do exoplaneta sem qualquer orientação espacial”, disse Deshler. “As imagens podem fornecer informações de contexto e composição que podem ser usadas para determinar as órbitas exoplanetas e identificar outros objetos que espalham luz de uma estrela como nuvens de poeira exozodiacal”.
Imagens fracas de exoplanetas
Depois de configurar seu coronagraph no laboratório, os pesquisadores construíram uma cena synthetic de exexoplanetas estrelas na qual o exoplaneta foi posicionado perto o suficiente da estrela para ser responsável com um telescópio tradicional. A taxa de contraste entre a estrela e o planeta foi definida como 1000: 1.
Os pesquisadores examinaram a posição do exoplaneta para simular uma órbita onde o planeta atravessa em frente à estrela e depois tentou determinar sua posição em cada quadro. As imagens capturadas com sua configuração experimental que incorporam o novo coronagraph permitiram estimar a posição do exoplaneta nas separações do Sub-DiFfraction Planet-Star.
Os pesquisadores estão trabalhando para melhorar o classificador de modo para reduzir a diafonia, um tipo de interferência na qual a luz vaza em diferentes modos ópticos. Para cenas com níveis moderados de contraste, a diafonia não é muito problemática. No entanto, os contrastes extremos encontrados na ciência do exoplaneta exigiriam um classificador de modo espacial de alta fidelidade para isolar suficientemente a luz da estrela.
Os pesquisadores dizem que esse experimento de prova de princípio pode inspirar uma exploração adicional do pré-processamento óptico com os sorradores de modo espacial em futuras instrumentação astronômica. Por exemplo, os métodos de filtragem do modo espacial que eles usavam pode abordar cenários mais complexos, como o tratamento de estrelas como objetos estendidos, e também podem levar a novos métodos de imagem para detecção quântica, imagem médica e comunicações.
