Jeszcze niedawno wykrywanie egzoplanet było nauką pionierską. Ale teraz znaleźliśmy ich ponad 5000 i spodziewamy się znaleźć je wokół prawie każdej gwiazdy. Następnym krokiem jest pełniejsze scharakteryzowanie tych planet w nadziei na znalezienie takich, na których może istnieć życie. Bezpośrednie obrazowanie ich będzie częścią tego wysiłku.

Ale aby to zrobić, astronomowie muszą zablokować światło gwiazd planet. To trudne w układach podwójnych gwiazd.

Kiedy astronomowie muszą zablokować światło gwiazd, aby zbadać pobliską planetę, używają teleskopowej przystawki zwanej koronografem. Kosmiczny Teleskop Hubble’a ma jeden, podobnie jak wiele innych teleskopów. Są bardzo skuteczne.

Usuń wszystkie reklamy z Universe Today

Dołącz do naszego Patreona za jedyne 3 USD!

Korzystaj do końca życia bez reklam

Skuteczność koronografu jest dobrze ugruntowana w systemach pojedynczych gwiazd. Ale co z gwiazdami podwójnymi i układami wielokrotnymi? Gwiazdy podwójne są powszechne w Drodze Mlecznej, a do 85% gwiazd Drogi Mlecznej może znajdować się w układach podwójnych. A w naszej okolicy też jest ich pełno. Sonda Gaia należąca do ESA znalazła 1,3 miliona gwiazd podwójnych w odległości 1000 lat świetlnych od Ziemi.

Nie trzeba daleko szukać, aby znaleźć układ wielogwiazdkowy z egzoplanetami. Nasz najbliższy gwiezdny sąsiad, system Alpha Centauri, jest układem potrójnym. Alfa Centauri A i B to jasne gwiazdy podobne do Słońca. Trzecia gwiazda układu, Proxima Centauri, to mały czerwony karzeł, niewiele większy od Jowisza. Proxima Centauri jest tak słaba, że ​​Alfa Centauri faktycznie bardziej przypomina gwiazdę podwójną. Alfa Centauri A i B również znajdują się blisko siebie, podczas gdy Proxima Centauri znajduje się na znacznie szerszej orbicie wokół głównej pary.

System Alpha Centauri jest pouczającym przykładem wyzwania stojącego przed astronomami, którzy chcą sfotografować egzoplanety. Alfa Centauri A i B dzieli tylko około 40 jednostek astronomicznych. Połączone światło dwóch podobnych do Słońca gwiazd znajdujących się tak blisko siebie może z łatwością zagłuszyć znacznie słabsze egzoplanety. Ale nowa technologia ma pewną obietnicę. Nazywa się Multi-Star Wavefront Control (MSWC).

Wyzwaniem w blokowaniu światła z gwiazd podwójnych jest zanieczyszczenie krzyżowe. Obecne koronografy mogą tłumić światło z pojedynczej gwiazdy, ale nie radzą sobie z zanieczyszczeniem krzyżowym z oddzielnej gwiazdy. Eliminacja zanieczyszczającego światła ma kluczowe znaczenie dla obrazowania egzoplanet. I tu wkracza MSWC.

Multi-Star Wavefront Control jest sercem nadchodzącej misji. NASA ma nadzieję wystrzelić swój Nancy Grace Roman Space Telescope (NGRST) w 2027 roku. Będzie on wyposażony w koronograf demonstracyjny technologii o nazwie CGI (CoronaGraphic Instrument), który jest oparty na MSWC. Odkształcalne lustra (DM) są krytyczną częścią systemu.

Odkształcalne lustra nie są nową technologią. Nadchodzący Teleskop Trzydziestometrowy i Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski wykorzystują odkształcalne zwierciadła. Są częścią optyki adaptacyjnej.

System DM działa w przypadku gwiazd pojedynczych lub gwiazd podwójnych, które zachodzą na siebie. Ale potrzebne jest coś innego, aby przeciwdziałać zanieczyszczeniu krzyżowemu z gwiazd podwójnych, które się nie nakładają. To jest druga część koronografu Rzymianina i nazywa się „super-Nyquista kontrola czoła fali”.

Problem w systemach podwójnych polega na tym, że DM mają ograniczone pole widzenia (FoV). DM może przystosować się do światła pojedynczej gwiazdy, ale podwójny towarzysz znajduje się poza FoV. System Nyquist rozwiązuje ten problem, wykorzystując sprzęt i oprogramowanie do rozszerzenia FoV. System zasadniczo tworzy siatkę gwiazd zastępczych dla gwiazdy drugorzędnej w układzie podwójnym, a każdy serwer proxy ma poprawiony region DM. Tworzy to ciemne strefy poza polem widzenia DM. Piękno systemu polega na tym, że można go dostosować do dowolnego teleskopu z odkształcalnymi zwierciadłami. (Bardziej szczegółowy opis tego, jak to działa, znajduje się tutaj.)

Zazwyczaj optyka adaptacyjna nie jest potrzebna w teleskopach kosmicznych. Są używane w teleskopach naziemnych, aby przeciwdziałać wpływowi atmosfery na teleskopy. Nancy Grace Roman Space Telescope będzie pierwszym teleskopem kosmicznym wykorzystującym odkształcalne lustra. A jeśli wszystko pójdzie dobrze, system oparty na systemie NGRST będzie częścią NASA Habitable Worlds Observatory (HWO). HWO jest połączeniem dwóch poprzednich pomysłów teleskopu: Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) i Large UV/Optical/ Inspektor IR (LUVOIR).

Ale zanim to się stanie, instrument musi zostać dokładnie przetestowany. Dzieje się to w Ames Coronagraph Experiment Laboratory i na instrumencie Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO) na Teleskopie Subaru. Zespół stojący za MWSC testuje go również w High Contrast Imaging Testbed (HCIT) w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA.

Społeczność astronomiczna zdaje sobie sprawę, że nasze poszukiwania egzoplanet są utrudnione przez światło gwiazd w układach podwójnych gwiazd. Wielu z nich mogło nam zabraknąć.

W artykule z 2021 roku przeanalizowano ten problem i stwierdzono, że nie tylko nie udaje nam się wykryć egzoplanet zagubionych w blasku gwiazd podwójnych, ale możemy również nie wykryć tego, co wszyscy mają nadzieję znaleźć: planet podobnych do Ziemi w strefach nadających się do zamieszkania.

Artykuł nosi tytuł „Speckle Observations of TESS Exoplanet Host Stars: Understanding the Binary Exoplanet Host Star Orbital Period Distribution”. Został opublikowany w The Astronomical Journal, a głównym autorem jest Steve Howell z NASA Ames Research Center.

W swoim artykule autorzy wskazują, że istnieje „ustalony 46% wskaźnik binarności w gwiazdach macierzystych egzoplanet”. Zespół wykorzystał teleskopy w Obserwatorium Gemini do zbadania gwiazd zawierających planety znalezionych przez TESS. Ustalili, że łatwo możemy przegapić wykrywanie planet wielkości Ziemi w układach podwójnych. TESS polega na planetach przechodzących przed ich gwiazdami, aby wykryć je na podstawie spadku jasności gwiazd. Ale blask drugiej gwiazdy można łatwo ukryć.

Zbadali setki tych gwiazd TESS i odkryli, że 73 z nich to tak naprawdę gwiazdy podwójne, szczegół, który TESS przeoczył. Czy Ziemia 2.0 lub coś jej bliskiego jest ukryte gdzieś wokół tych gwiazd? Ile planet nam umyka, zatopionych w świetle dwóch gwiazd?

„Wyobraź sobie – kiedy wychodzisz na zewnątrz i patrzysz na gwiazdę na nocnym niebie, możesz patrzeć na planetę podobną do Ziemi, ukrytą w blasku gwiazdy” – powiedział Ruslan Belikov, kierownik projektu w MSWC. „Istnieje również prawdopodobieństwo, że gwiazda, na którą patrzysz, jest układem wielogwiazdkowym. Po prostu nie mogę się doczekać, aż podniesiemy zasłony światła gwiazd, aby odkryć tajemnice, które leżą na planetach w środku.

Jeszcze: