Astronomen van het Carnegie Institute of Science ontwikkelen een geavanceerd instrument dat een doorbraak moet betekenen in het onderzoek naar atmosferen van exoplaneten. De Henrietta Infrared Spectrograph, die wordt geïnstalleerd op de Swope-telescoop in het Las Campanas Observatory in Chili, is het eerste instrument dat specifiek is ontworpen voor het bestuderen van exoplaneetatmosferen in nabij-infrarood licht.
Verder kijken dan grootte en massa
Het vinden van leven buiten ons zonnestelsel vereist meer dan alleen het meten van de grootte van een exoplaneet. Volgens universetoday.com kunnen rotsachtige planeten ter grootte van de Aarde toch niet de juiste omstandigheden hebben voor leven zoals wij dat kennen. Dr. Jason Williams, postdoctoraal onderzoeker bij Carnegie Observatories en wetenschappelijk en technisch leider van het Henrietta-project, legt uit: "Massa en grootte vertellen je maar zoveel. Als je de Aarde en Venus op die manier zou meten, zou je denken dat het bijna dezelfde planeet is. Maar we weten dat hun atmosferen — en hun omstandigheden — compleet verschillend zijn."
Hoewel exoplaneten direct kunnen worden afgebeeld door het licht van hun ster te blokkeren, zijn deze beelden wazig en missen ze de resolutie om voldoende details over bewoonbaarheid te verschaffen. Daarom zijn astronomen aangewezen op het bestuderen van exoplaneetatmosferen, wat waardevol is gebleken voor het begrijpen van planetaire vorming, evolutie en de aanwezigheid van ingrediënten voor leven.
Gespecialiseerd instrument met unieke capaciteiten
Verschillende grote telescopen op aarde worden momenteel gebruikt voor atmosferisch onderzoek van exoplaneten, waaronder de Very Large Telescope, Keck Observatory en Gemini Observatory. Deze telescopen zijn echter ontworpen voor meerdere wetenschappelijke doeleinden, zoals het bestuderen van sterrenstelsels en zwarte gaten. Henrietta zal daarentegen het eerste instrument zijn dat zich specifiek richt op exoplaneetatmosferen in nabij-infrarood licht.
Volgens carnegiescience.edu zal Henrietta gebruikmaken van de transitmethode om atmosferen te bestuderen. Deze veelgebruikte methode treedt in werking wanneer een exoplaneet voor zijn moederster langs beweegt en tijdelijk het sterlicht blokkeert. Door het sterlicht te analyseren dat door de atmosfeer van de exoplaneet heen schijnt, kunnen astronomen met behulp van spectroscopie de chemische samenstelling bepalen. Tot nu toe zijn op deze manier veelvoorkomende biomarkers zoals koolstof, zuurstof en waterstof in verschillende exoplaneetatmosferen geïdentificeerd.
Infrarood licht en ongekende precisie
Het instrument zal atmosferen bestuderen in infrarood licht, dat onzichtbaar is voor het menselijk oog maar waar moleculen het best kunnen worden waargenomen. harvard.edu bestrijkt Henrietta een golflengtebereik van 0,6 tot 2,4 micrometer met spectrale resoluties variërend van 200 tot 500.
Het ontwerp van Henrietta is fundamenteel gestuurd door een gedetailleerd ruisbudget. Het instrument is ontworpen om alle bronnen van ruis en systematische fouten te beperken tot 1,5 keer de fotonenlimiet bij het uitvoeren van differentiële spectrofotometrie. Dit wordt voornamelijk bereikt door gebruik te maken van een diffusor die middelt over de intra-pixel gevoeligheden in H2RG-detectoren, een breed gezichtsveld van 25' x 3' voor toegang tot heldere vergelijkingssterren, en een nieuwe methode om atmosferische scintillatie te corrigeren.
Simulaties tonen aan dat Henrietta een precisie van 100 deeltjes per miljoen (ppm) in één uur kan bereiken voor een ster met magnitude J = 8,5 bij een resolutie van R = 100. Deze precisie, gecombineerd met de ruime beschikbare telescooptijd, moet Henrietta tot een krachtig middel maken om routinematig exoplaneetatmosferen waar te nemen.
Samenwerking en toekomstige wetenschappelijke impact
caltech.edu werkt samen met het Carnegie Observatories-team aan de ontwikkeling van software voor gegevensverwerking. Er zijn twee afzonderlijke softwaretools ontwikkeld: een "quick watch"-tool voor gebruik door astronomen tijdens waarnemingen 's nachts, en een uitgebreide tool voor grondige gegevensanalyse.
Vanaf het najaar van 2025 zal het Carnegie-team beginnen met observaties met de Henrietta-spectrograaf. De astronomen zijn van plan honderden nachten per jaar waar te nemen, wat zal resulteren in een enorme hoeveelheid gegevens. Het instrument zal ook worden gebruikt om doelen te prioriteren voor de James Webb Space Telescope en om de volgende generatie transit- en eclipsspectroscopie-instrumenten te informeren.
Met deze gespecialiseerde capaciteiten vertegenwoordigt Henrietta een belangrijke stap voorwaarts in het routinematig karakteriseren van exoplaneetatmosferen vanaf de grond, wat nieuwe inzichten kan opleveren in de zoektocht naar bewoonbare werelden en mogelijk leven buiten ons zonnestelsel.