Przełom w poszukiwaniu śladów życia pozaziemskiego. Nowa kamera umieszczona na teleskopie na Hawajach pozwoli bezpośrednio zobrazować egzoplanety

Do tej pory odkryto ponad 4,3 tys. egzoplanet – takich, które krążą wokół innych gwiazd niż Słońce. Tylko nieliczne z nich można zobaczyć. Od ponad dekady naukowcy próbują bezpośrednio zobrazować egzoplanety, ale atmosfera ziemska stanowi dużą przeszkodę dla naziemnych teleskopów. Teraz zespół naukowców i badaczy z UC Santa Barbara opracował nową kamerę do polowania na egzoplanety. Urządzenie wykorzystuje mikrofalowe detektory kinetycznej indukcyjności i pozwoli bezpośrednio obrazować egzoplanety. Tym samym pomoże w poszukiwaniu śladów życia na innych planetach.

Od czasu pierwszego potwierdzenia istnienia egzoplanety krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca w 1995 roku i przy zaledwie niewielkiej próbce przebadanej dotychczas galaktyki Drogi Mlecznej odkryto już ponad 4,3 tys. egzoplanet. Erę polowań na planety zapoczątkował Kosmiczny  Teleskop Keplera, który mógł uchwycić niewielkie spadki ilości światła pochodzącego od pojedynczych gwiazd, spowodowane przez planety przecinające się przed nimi (metodą tranzytu). Po wykryciu rozmiar orbity planety można obliczyć na podstawie tego, jak długo musi ona okrążyć gwiazdę, i masy gwiazdy. Kosmiczny Teleskop Hubble’a, dzięki technice spektroskopii tranzytowej, może zbadać skład atmosfer egzoplanet.

Przyszłością jest jednak bezpośrednie obrazowanie, które pozwoli dokładnie wykazać cechy powierzchni egzoplanet. Tak powstał np. film przedstawiający cztery egzoplanety na orbicie wokół gwiazdy HR 8799, stworzony przez astronomów na podstawie zdjęć z Obserwatorium Kecka na Hawajach. Następna generacja teleskopów kosmicznych miałaby wykonywać bezpośrednie zdjęcia egzoplanet przy użyciu nowych technologii: koronografu i cienia gwiazd.

Teraz zespół naukowców i inżynierów, w tym badacze z UC Santa Barbara, opracował nową kamerę do polowania na egzoplanety – MKID Exoplanet Camera (MEC). Umieszczona w Subaru Telescope na wulkanie Mauna Kea na Hawajach to największa na świecie kamera nadprzewodząca pod względem liczby pikseli. W przyszłości może to utorować drogę do bezpośredniego obrazowania planet pozasłonecznych.

– Bardzo skomplikowane adaptacyjne systemy optyczne pozwalają nam odkrywać planety takie jak te z HR 8799, który jest układem z czterema planetami krążącymi wokół masy Jowisza – wskazuje prof. Ben Mazin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. – Odkryliśmy, że samo użycie optyki adaptacyjnej pozwoli nam znaleźć część planet, które wciąż świecą ciepłem swojego formowania. One nie są tak powszechne w naszym gwiezdnym sąsiedztwie.

Zaawansowane detektory wykorzystują koronograf, który blokuje część światła z gwiazdy macierzystej. W ten sposób naukowcy mogą lepiej rozróżnić światło odbijające się od samej planety. To istotne zwłaszcza w przypadku obrazowania pobliskich systemów, jednak uzyskanie najlepszej wydajności z takiej konfiguracji wymaga wyjątkowo dobrej optyki adaptacyjnej.

– Obecnie wykorzystywane instrumenty natrafiają na ścianę – twierdzi prof. Ben Mazin. – Mogą blokować światło gwiazdy około milion razy, ale problem polega na tym, że większość planet jest prawie miliard razy słabsza niż ich gwiazda macierzysta.

Skonstruowana przez naukowców kamera MKID wykorzystuje mikrofalowe detektory indukcji kinetycznej (MKID) i umożliwi bezpośrednie zobrazowanie egzoplanet i dysków wokół jasnych gwiazd. Detektor działa z energią 90 milikelwinów i jest pierwszą zainstalowaną na stałe kamerą nadprzewodzącą, która działa w widmie optycznym i bliskiej podczerwieni.

– W obrazowaniu egzoplanet próbujemy uchwycić planety, które są miliony razy słabsze od ich gwiazd macierzystych – wskazuje Sarah Steiger, doktorantka Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, która pracowała nad detektorem MKID. – To mniej więcej tak, jakbyśmy z samolotu próbowali dojrzeć świetlika obok w pełni oświetlonego stadionu piłkarskiego. Robić to z ziemi jest jeszcze trudniej, bo musimy patrzeć przez burzliwą atmosferę Ziemi, która zniekształca obrazy.

Nowa kamera może być przełomem w poszukiwaniu śladów życia na egzoplanetach. Według nowych badań wykorzystujących dane z Kosmicznego Teleskopu  Keplera około połowa gwiazd o podobnej temperaturze do Słońca może mieć skalistą planetę zdolną do utrzymywania wody w stanie ciekłym na jej powierzchni. Kamera MKID rozszerza zakres egzoplanet, które astronomowie mogą bezpośrednio zobrazować.

– Nie będziemy w stanie znaleźć dowodów życia, wykorzystując obecne teleskopy, ponieważ są po prostu trochę za małe – podkreśla Olivier Guyon, prof. nadzw. w Instytucie Nauk Optycznych na Uniwersytecie Arizony oraz naukowiec pracujący nad projektem Subaru Telescope. – Przygotowujemy się jednak do następnego dużego kroku, jakim jest rozmieszczenie kamer obrazujących egzoplanety na większych teleskopach, takich jak Teleskop TMT. Kiedy te teleskopy zaczną działać online, te same technologie, ten sam aparat, te same sztuczki pozwolą nam faktycznie szukać życia pozaziemskiego.

Teleskop Thirty Meter Telescope (TMT) ma rozpocząć swoją pracę w 2027 roku. Powstaje także na Hawajach.