Astronomen zijn erin geslaagd een nieuwe techniek te ontwikkelen waarmee exoplaneten kunnen worden opgespoord die voorheen onzichtbaar bleven. Deze hemellichamen werden namelijk overstemd door de intense lichtstraal van hun moederster. Door een digitale benadering te gebruiken, kunnen wetenschappers nu beelden genereren die voorheen onbereikbaar waren vanwege de technische beperkingen van de James Webb Space Telescope (JWST).
Het direct fotograferen van planeten buiten ons eigen zonnestelsel wordt beschouwd als een van de moeilijkste taken binnen de hedendaagse astronomie. De kern van het probleem ligt in het extreme contrast tussen de helderheid van een ster en de zeer zwakke straling of reflectie van een planeet die daar vlakbij staat. Om dit contrast te overbruggen, maken telescopen gebruik van coronagrafen, instrumenten die het sterlicht fysiek afschermen om de omgeving zichtbaar te maken.
De barrière van de stabiliteitslimiet
Hoewel de JWST is uitgerust met geavanceerde coronagrafische instrumenten, zoals de Mid-Infrared Instrument (MIRI) en de Near-Infrared Camera (NIRCam), loopn deze systemen tegen een fysieke grens aan: de stabiliteitslimiet. Volgens universetoday.com gaat het hierbij om een drempel waarbij optische, thermische of mechanische schommelingen het onmogelijk maken om een volledig scherp beeld te verkrijgen.
Zelfs met een zonneschild van vijf lagen en uiterst nauwkeurige sensoren blijft de telescoop gevoelig voor minimale variaties. Jason Wang, assistent-professor aan het Weinberg College of Arts and Sciences van Northwestern University, geeft aan dat thermische schommelingen kunnen leiden tot het uitzetten of krimpen van spiegels op picometerniveau. Daarnaast hebben telescopen zoals de JWST cryocoolers om de instrumenten superkoud te houden, zoals beschreven door .
Een digitale doorbraak
Om deze fysieke beperkingen te omzeilen, is er een nieuwe methode ontwikkeld die is gepubliceerd in het vakblad Nature onder de titel "Imaging exoplanets below the telescope stability limit". Onder leiding van Rodrigo Ferrer-Chavez van Northwestern University is er een digitale tegenhanger van een coronagraaf gecreëerd. Deze innovatie maakt het mogelijk om aanzienlijk meer sterlicht uit de data van de JWST te filteren dan met traditionele methoden mogelijk was, meldt .
De techniek is specifiek gericht op het karakteriseren van planeten die zich op een afstand van meer dan één astronomische eenheid (au) van hun ster bevinden. Voor het detecteren van het zwakke licht van dergelijke objecten is een effectieve onderdrukking van de schittering van de ster absoluut noodzakelijk.
Validatie via 51 Eridani b
De effectiviteit van deze digitale aanpak is inmiddels aangetoond via een test op de exoplaneet 51 Eridani b. Deze planeet was eerder al waargenomen door het Gemini Observatory, dat hiervoor een conventionele coronagraaf gebruikte. De succesvolle toepassing van de digitale methode op de JWST zou volgens het begin kunnen markeren van een nieuw tijdperk in het direct fotograferen van verre werelden.
Door de stabiliteitslimiet digitaal te kunnen doorbreken, krijgen astronomen toegang tot objecten die voorheen onzichtbaar waren, waaronder complexe puinschijven en zeer zwakke planeten. Deze ontwikkeling vormt een krachtig nieuw instrument in de voortdurende zoektocht naar en analyse van systemen buiten ons eigen zonnestelsel.