Дослідження UCF Розробляють Інструменти для Виявлення Населених Планет

NASA планує запустити Обсерваторію Населених Світів (HWO) у 2040-х роках, яка стане провідним космічним телескопом для пошуку екзопланет. Цей великий інфрачервоний, оптичний та ультрафіолетовий телескоп стане першим об'єктом, спеціально призначеним для пошуку скелястих планет, що обертаються в зоні населеності своїх зірок, і для вивчення їхніх атмосфер. Його потужний набір інструментів також дозволить проводити передові дослідження астрофізики, щоб вирішити найбільші космологічні загадки, з якими стикалися астрономи сьогодні.

Для досягнення своїх цілей HWO потребує виняткової стабільності та точності, особливо в вимірюванні та контролі хвильового фронту світла, яке проходить через телескоп і коронограф. Дослідники Центру досліджень та освіти в оптиці та лазерах (CREOL) при Університеті Центральної Флориди (UCF) працюють над цією технологією, щоб допомогти HWO та іншим телескопам наступного покоління виявляти населені планети.

Проект включає співпрацю з UCF, UC Santa Cruz, Університетом Сіднея та Інститутом науки космічних телескопів (STScI). Їхня робота є частиною проекту, фінансованого NASA, відомого як Фотонно-сприяння система спектроскопії екзопланет (PEEPSS), трирічного зусилля, спрямованого на створення та тестування прототипів систем, які допоможуть астрономам безпосередньо спостерігати планети, які інакше були б приховані світлом їхніх зірок. Це велика проблема в дослідженнях екзопланет, оскільки світло, відображене атмосферою та поверхнею планети, є в кілька разів слабшим.

На UCF професор Стівен Ейкенберрі (головний дослідник PEEPSS) очолює команду аспірантів та дослідників, чия експертиза в оптоволокні та фотоніці допомогла встановити цю співпрацю. Як він пояснив у прес-релізі UCF:

Якщо вони знаходяться в зоні населеності, це означає, що вони обертаються близько до своїх зірок-господарів, а ця зірка зазвичай буде в 10 мільярдів разів яскравішою за планету. І ви можете сказати: 'Ну, це лише частина на мільйон.' Вгадайте що? Частина на мільйон означає, що вона все ще в 10 000 разів яскравіша за вашу екзопланету. Ви приречені.

Щоб подолати цю проблему, астрономи покладаються на коронографи, спеціалізовані інструменти телескопа, які блокують сліпуче світло зірки та дозволяють світлу, відбитому екзопланетами, досягати детекторів телескопа. Проте мікроскопічні недоліки в оптиці телескопа можуть дозволити величезній кількості світла зірки просочуватися через систему, забруднюючи потенційні сигнали екзопланет. Технологія PEEPSS розроблена для вирішення цієї проблеми шляхом виконання вдосконаленого методу сенсування хвильового фронту, який коригує вхідні спотворення, щоб астрономи могли отримати чіткий сигнал.

Система використовує нову технологію, відому як фотонний ліхтар, пристрій, що розділяє вхідне світло на окремі оптичні канали. Це дозволяє дослідникам відновлювати інформацію про яскравість, а також фазову інформацію, яку несуть світлові хвилі, яку багато звичайних систем зображення відкидають. Ця додаткова інформація дозволяє використовувати нову техніку, "квантово-натхненне зображення", що використовує поведінку світла для покращення роздільної здатності зображення та фільтрації залишкового світла зірки.

Художнє враження Кеплера 186f, потенційно населеного світу. Кредит: NASA

Ще однією ключовою відмінністю є те, як система PEEPSS виконує сенсування хвильового фронту безпосередньо на фокальній площині телескопа, точно там, де відбувається наукове зображення. Це дозволяє дослідникам виявляти та коригувати оптичні помилки (відомі як "аберації не спільного шляху") після того, як світло проходить через коронограф телескопа. Ейкенберрі зазначив:

Уявіть, що ви в будинку, і хочете, щоб весь будинок був ідеально чистим. Ви можете бачити, як люди заходять до спальні, але не можете насправді бачити всередині спальні. Це не спільний шлях. Традиційні детектори стирають цю інформацію. Фотонні ліхтарі дозволяють нам відновити її.

Контролюючи повний оптичний шлях по всій фокальній площині, дослідники сподіваються, що PEEPSS допоможе майбутнім обсерваторіям досягти точності, необхідної для виявлення населених планет, схожих на Землю. Деякі версії технології вже були протестовані на телескопах на Гаваях у співпраці з Лабораторією дослідження ВПС (AFRL) та міжнародними науковими партнерами. Якщо технологія виявиться ефективною, сказав Ейкенберрі, астробіологи більше не шукатимуть "потенційно населені" світи:

Якщо ми зможемо виявити населені світи навколо інших зірок і показати, що вони мають умови, в яких життя, схоже на земне, може вижити, це вже буде революційно. Якщо ми знайдемо фактичні докази життя, то ми говоритимемо про одне з найбільших наукових відкриттів в історії людства. Ми на один місії від цього. Ми подивимося вгору і знатимемо.