Zwiększenie naszej zdolności do skanowania atmosfer egzoplanet
Egzoplanety to planety znajdujące się poza naszym Układem Słonecznym. Jedną z metod wykorzystywanych przez naukowców do badania tych odległych ciał — takich jak gazowe olbrzymy — jest pomiar składu ich atmosfery. Skład atmosfery może ujawnić wiele podstawowych właściwości egzoplanet, w tym mechanizm ich powstawania oraz strukturę wewnętrzną. Chociaż opracowano najnowocześniejsze urządzenia do obrazowania egzoplanet, cechuje je bardzo niska rozdzielczość spektralna, co ogranicza ich potencjał dostarczania bardzo szczegółowych informacji o atmosferze. „Dane o niskiej rozdzielczości spektralnej są wystarczające, aby ujawnić temperaturę i grawitację tych obiektów, a obecność dużych pasm absorpcji informuje nas o dominujących cząsteczkach" - wyjaśnia Arthur Vigan, badacz astrofizyki i oprzyrządowania w Laboratorium Astrofizyki w Marsylii we Francji i koordynator projektu HiRISE. „Niemożliwe jest jednak zmierzenie bardzo specyficznych wielkości, takich jak stosunek węgla do tlenu, które mogą nam powiedzieć, jak i gdzie planeta uformowała się w dysku gazu i pyłu otaczającego pierwotną gwiazdę” — dodaje Vigan. „Inne wielkości, których nie można zmierzyć, to prędkość orbitalna i prędkość obrotowa planet — wartości, które są również szczególnie interesujące dla zrozumienia tych obiektów i ich układów planetarnych” — mówi. W ramach projektu HiRISE, który był finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, Vigan i współpracownicy zaprojektowali nowy instrument „demonstracyjny”, który łączy w sobie możliwości dwóch istniejących instrumentów zainstalowanych w obserwatorium ESO Very Large Telescope (VLT) w Chile. Dzięki wyższej rozdzielczości widmowej to urządzenie demonstracyjne powinno pomóc naukowcom lepiej zrozumieć powstawanie, skład i ewolucję młodych egzoplanet.
Połączenie zaawansowanych narzędzi do zbierania sygnałów z egzoplanet
Demonstrator HiRISE łączy w sobie urządzenie do obrazowania egzoplanet SPHERE z wysokorozdzielczym spektrografem CRIRES, wykorzystując światłowody, które przesyłają sygnał znanej planety z urządzenia obrazującego do spektrografu. „Jest to nowatorskie w tym sensie, że przed HiRISE — i jego amerykańskim odpowiednikiem KPIC — nikt tak naprawdę nie wyobrażał sobie wykonywania spektroskopii w wysokiej rozdzielczości bezpośrednio na tych planetarnych towarzyszach” — zauważa Vigan. Aby opracować urządzenie demonstracyjne, zespół rozpoczął od kompleksowych symulacji w celu oceny wykonalności, jednocześnie opracowując część optomechaniczną dla instrumentu. „Trudność polegała na tym, że nasz instrument wymagał nowych modułów w instrumentach SPHERE i CRIRES, a także musieliśmy poprowadzić 80 metrów światłowodu wokół teleskopu” — mówi Vigan. Gdy zespół był już zadowolony z projektu, zmontował urządzenie i przetestował je w laboratorium w Marsylii. Został zainstalowany na teleskopie VLT w czerwcu 2023 r., a pierwsze testy na niebie odbyły się w tym samym miesiącu.
Instrument zagraniczny, który „odniósł sukces”
„Projekt można uznać za duży sukces” — zauważa Vigan. „Pomyślne zainstalowanie nowatorskiego instrumentu, takiego jak HiRISE, na VLT przy ograniczonych zasobach, jakimi dysponowaliśmy, jest znaczącym osiągnięciem”. HiRISE jest pierwszym instrumentem odwiedzającym teleskop VLT w ciągu ostatnich 15 lat. Pozostanie tam co najmniej do 2027 roku.
Pomoc w zrozumieniu atmosfery nowych egzoplanet
Testy na niebie przyniosły doskonałe wyniki, a zespół wszedł teraz w nową fazę wykorzystania naukowego. W listopadzie 2023 r. zespół HiRISE rozpoczął nowe badanie w celu zbadania składu i orbit egzoplanet oraz poszukiwania egzoksiężycy. „Zaobserwowaliśmy już pięć egzoplanet, a ekscytujące odkrycia są coraz bliżej” — mówi Vigan. „Mamy zaplanowane dodatkowe noce w 2024 roku. Miejmy nadzieję, że w ciągu najbliższych kilku lat przyniesie to wiele rezultatów”.
Słowa kluczowe
HiRISE, egzoplanety, atmosfera, skład, instrument, sygnały, Very Large Telescope
