Wetenschappers van de University of Central Florida (UCF) werken aan geavanceerde optische instrumenten die NASA moeten helpen bij het detecteren en analyseren van aardachtige exoplaneten in verre zonnestelsels.
De zoektocht naar leefbare werelden buiten ons eigen zonnestelsel vormt een van de grootste technische uitdagingen in de moderne astronomie. Om deze hindernis te overwinnen, ontwikkelt een team van onderzoekers aan het Center for Research and Education in Optics and Lasers (CREOL) van de ucf.edu nieuwe technologie die essentieel zal zijn voor toekomstige ruimtetelescopen.
Ondersteuning voor het Habitable Worlds Observatory
De ontwikkelingen zijn specifiek gericht op het ondersteunen van het Habitable Worlds Observatory (HWO), een ambitieus project van NASA. Deze telescoop, waarvan de lancering gepland staat voor ergens in de jaren 2040, zal een combinatie van infrarode, optische en ultraviolette instrumenten gebruiken. Volgens berichtgeving van universetoday.com is het HWO de eerste observatiepost die specifiek is ontworpen om rotsachtige planeten te zoeken die zich in de zogenaamde 'bewoonbare zone' van hun ster bevinden en om hun atmosferen te karakteriseren.
Om dit doel te bereiken, is een extreme mate van stabiliteit en precisie vereist. De telescoop moet in staat zijn om het golffront van het licht zeer nauwkeurig te meten en te controleren terwijl dit door het systeem en de coronagraaf beweegt.
De uitdaging van het sterrenlicht
Het grootste probleem bij het direct observeren van exoplaneten is het overweldigende contrast tussen een planeet en zijn moederster. Professor Stephen Eikenberry, de hoofdonderzoeker van het project, legt in een verklaring via de uit dat een ster die zich in de bewoonbare zone bevindt, doorgaans wel 10 miljard keer helderder is dan de planeet die eromheen draait. Hij vergelijkt deze uitdaging met het proberen te spotten van een klein knipperend lichtje terwijl iemand met een sterke schijnwerper direct in je gezicht schijnt.
Om dit effect te neutraliseren, maken astronomen gebruik van coronagrafen. Dit zijn gespecialiseerde instrumenten die het directe licht van de ster blokkeren, waardoor het zwakke, gereflecteerde licht van een planeet zichtbaar wordt voor de detectoren. Echter, zelfs minuscule imperfecties in de optiek van een telescoop kunnen ervoor zorgen dat er starlight 'lekt', wat de signalen van potentiële exoplaneten vervuilt.
Het PEEPSS-programma
Om deze lekken tegen te gaan, is het Photonics-Enabled Exoplanet Spectroscopic System (PEEPSS) opgezet. Dit is een door NASA gefinancierd project met een looptijd van drie jaar, waarbij prototype-systemen worden gebouwd en getest. Het doel is om astronomen in staat te stellen planeten direct waar te nemen die anders volledig verborgen zouden blijven door de schittering van hun ster.
Het project is een internationale samenwerking waarbij expertise in glasvezeloptiek en fotonica centraal staat. Naast de onderzoekers van de werken experts van de University of Sydney, UC Santa Cruz en het Space Telescope Science Institute (STScI) mee aan deze technologie.
Bredere wetenschappelijke impact
Naast het zoeken naar leefbare planeten zal de krachtige instrumentatie van het HWO ook worden ingezet voor fundamenteel astrofysisch onderzoek. Volgens informatie van NASA zal de telescoop helpen bij het beantwoorden van grote kosmologische mysteries. De technologie die nu via PEEPSS wordt ontwikkeld, legt daarmee de basis voor een nieuwe generatie telescopen die niet alleen de aanwezigheid van planeten bevestigen, maar ook kunnen vaststellen of deze werelden potentieel geschikt zijn voor leven.