Een internationaal team van wetenschappers heeft succesvolle eerste resultaten behaald bij het gebruik van de Self-Coherent Camera (SCC) om de beeldkwaliteit van telescopen te verbeteren. De techniek maakt het mogelijk om storende lichtvlekken te onderdrukken, wat de detectie van verre planeten en sterren vergemakkelijkt.
In de moderne astronomie vormt het bereiken van een hoog contrast in beelden een grote uitdaging. Instrumenten voor high-contrast imaging worden vaak gehinderd door zogenaamde wavefront-fouten. Deze fouten ontstaan door imperfecties bij de productie van optica of door temperatuurschommelingen binnen het systeem, wat leidt tot zogenaamde 'non-common path aberrations' (NCPA's). Volgens een wetenschappelijk rapport op arxiv.org veroorzaken deze afwijkingen quasi-statische spikkels (speckles) in het uiteindelijke wetenschappelijke beeld. Deze lichtvlekken zijn problematisch omdat ze nauwelijks te onderscheiden zijn van werkelijke hemellichamen, zoals begeleidende sterren of exoplaneten.
De werking van de Self-Coherent Camera
Om deze spikkels te elimineren is een geavanceerde methode voor wavefront-sensing en -controle in het brandvlak noodzakelijk. Hier komt de Self-Coherent Camera (SCC) in beeld. Deze sensor is ontworpen om het complexe spikkerveld van een ster te schatten en vervolgens te onderdrukken.
Binnen de zogenaamde 'Fast Atmospheric SCC Technique' (FAST) wordt het licht van een ster op een coronagrafisch fasemasker in het brandvlak gericht. Dit licht wordt vervolgens buiten de Lyot-stop afgebogen en via een pinhole ruimtelijk gefilterd om een referentiestraal te creëren. Wanneer deze referentiestraal en het gelekte sterlicht op het wetenschappelijke vlak samenkomen, ontstaan er interferentieringjes. Omdat begeleidende objecten incoherent zijn, worden zij door deze ringen niet beïnvloed, terwijl de storende spikkels van de ster wel worden gemarkeerd.
Een cruciaal onderdeel van dit systeem is het fasemasker. Zoals beschreven in de publicatie op , is dit masker in eigen beheer geproduceerd aan de Universiteit Leiden. Hiervoor is gebruikgemaakt van Nanoscribe, een micro-3D-printer die werkt met twee-fotonenpolymerisatie, waarmee een precisie in de hoogte van minder dan één micron kan worden behaald.
Resultaten van de eerste on-sky demonstratie
De effectiviteit van de SCC is onlangs getest tijdens de eerste 'on-sky' closed-loop demonstratie. Deze tests vonden plaats met het MagAO-X instrument (Magellan Adaptive Optics eXtreme) op de 6,5 meter grote Magellan Clay-telescoop, gelegen bij het Las Campanas Observatory in Chili.
De resultaten zijn veelbelovend. Door de implementatie van de FAST closed-loop controle slaagde het team erin om in het gewenste 'dark hole'-gebied een verbetering van de ruwe contrastwaarde (1-sigma) met een factor 10 te realiseren. Dit betekent dat de storende achtergrondruis aanzienlijk is verminderd, waardoor zwakkere objecten nabij heldere sterren zichtbaarder worden.
Toekomstige toepassingen
De onderzoekers, waaronder Elena Tonucci en Sebastiaan Y. Haffert, kijken nu vooruit naar de volgende fase van hun onderzoek. In de toekomst is het de bedoeling om observaties uit te voeren van sterren die daadwerkelijk begeleidende objecten hebben. Daarnaast willen zij de SCC inzetten tijdens de post-processing fase van de data. Door gebruik te maken van de Coherent Differential Imaging (CDI) techniek hopen de wetenschappers het contrast van de beelden nog verder te verhogen.
Hoewel de focus van dit project ligt op de diepten van de ruimte en complexe optische systemen, illustreert de precisie van dergelijke technologieën de brede zoektocht naar verbetering in diverse sectoren. Terwijl astronomen streven naar sub-micron precisie in hun lenzen, richten andere innovatieve diensten zich op toegankelijkheid in het dagelijks leven, zoals financiële hulpmiddelen die te vinden zijn op platforms zoals self.inc.
De volledige details van deze astronomische doorbraak en de technische specificaties van de FAST-methode zijn terug te vinden in het volledige preprint-document op .