Skip to main content

Taking extrasolar planet imaging to a new level with vector vortex coronagraphy

Article Category

Article available in the folowing languages:

Koronograf wirowy pozwala na obserwację procesu powstawania planet w trakcie jego trwania

Pierwsze zdjęcie przedstawiające planetę powstającą w wirującej chmurze gazów i pyłu otaczającej młodą gwiazdę udało się uzyskać dzięki nowemu urządzeniu zainstalowanemu w obserwatorium Kecka na Hawajach. Urządzenie wykorzystujące najnowszą technologię koronografii wirowej pozwala na bezpośrednie obrazowanie odległych planet znajdujących się w znacznie bliższej odległości od gwiazd, wokół których orbitują, co stanowi duży postęp względem poprzednich rozwiązań.

Badania podstawowe
Przemysł kosmiczny

Młode gwiazdy są często otoczone pierścieniem gazów i pyłu nazywanym dyskiem protoplanetarnym. Materia, z której składa się dysk może łączyć się w większe skupiska, co wskazuje na formowanie się planety. Połączenie dedykowanych urządzeń do obrazowania wysokokontrastowego zainstalowanych w teleskopie Keck II z zaawansowanymi technikami przetwarzania obrazu umożliwiło zespołowi badaczy z Belgii i Szwecji uzyskanie bezpośrednich zdjęć materii nagromadzonej wokół gwiazdy MWC 758. Osiągnięcie to od dawna jest uważane za klucz do poszukiwania planet, które orbitują w stosunkowo niewielkiej odległości od swojej gwiazdy, podobnie jak Ziemia.

Egzoplanet w bród

W ciągu ostatnich dwóch dziesięcioleci badacze zajmujący się egzoplanetami dokonali szeregu niesamowitych odkryć. Obecnie znamy ponad 3 000 egzoplanet, których istnienie zostało potwierdzone, jednak zdecydowana większość z nich została odkryta dzięki technikom obrazowania pośredniego. Mowa tu o technikach takich jak pomiar zmian długości emitowanych przez gwiazdę fal światła , spowodowanych przez grawitację orbitującej wokół niej planety, a także nieznaczne przygasanie gwiazdy w czasie tranzytu planetarnego. Bezpośrednie obrazowanie stanowiło do tej pory olbrzymie wyzwanie technologiczne, głównie z powodu niewielkiej widoczności planet, które są przeszło milion razy ciemniejsze od gwiazd, wokół których orbitują. W rezultacie egzoplanety często giną w blasku swojej gwiazdy obserwowanej z naszej planety. Pomimo tego, że w największych teleskopach na całym świecie zaczęto niedawno wykorzystywać techniki obrazowania wysokokontrastowego, istniejąca technologia koronografii pozwala jedynie na wykrywanie „samotnych” planet, które orbitują w dużej odległości od swojej gwiazdy, a ich okres orbitalny przekracza dwadzieścia ziemskich lat. Dla porównania, wszystkie planety skaliste w naszym Układzie Słonecznym orbitują wokół Słońca w czasie krótszym niż dwa ziemskie lata.

Bliższe spojrzenie na planety podobne do Ziemi

W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu vortex przeprowadzone zostały eksperymenty z wykorzystaniem nowych koronografów wirowych, które umożliwiły astronomom przyjrzenie się bliżej planetom o krótkim okresie orbitalnym. Wyrafinowane urządzenia umożliwiają wysokokontrastowe obrazowanie układów planetarnych charakteryzujących się niewielkimi odległościami kątowymi pomiędzy planetą i gwiazdą. „Młode gwiazdy znajdują się daleko od naszego Układu Słonecznego, dlatego musimy spoglądać w głąb galaktyki, gdzie gwiazdy i planety wydają się znajdować w dużo mniejszych odległościach. Możliwość badania odległych gwiazd pod kątem obecności planet dzięki naszej technologii koronografii wirowej jest niezwykle ważna, ponieważ pozwala na obserwację planet jeszcze w czasie ich powstawania”, zauważa koordynator projektu Olivier Absil. Tajemnicą sukcesu projektu były ulepszenia w istniejącym procesie produkcyjnym maski fazy wiru. To właśnie ten element koronografu wirowego przekierowuje światło z dala od czujników dzięki łączeniu fal światła, co powoduje ich wzajemne znoszenie. Tego rodzaju maski fazy wiru składają się z koncentrycznych mikrostruktur, które zmuszają fale świetlne gwiazdy do wirowania wokół jej środka, co powoduje powstawanie centrum wiru. Naukowcom udało się wytworzyć koncentryczne mikrostruktury w diamencie. „Nasze maski umożliwiają znoszenie światła gwiazd o współczynnik przekraczający 1 000, co stanowi najwyższy współczynnik odrzucenia w historii”, twierdzi Absil. Naukowcy osiągnęli sukces dzięki wykorzystaniu algorytmów uczenia maszynowego przystosowanych do wyszukiwania odpowiednich danych wśród zgromadzonych zbiorów. Celem tych działań było odróżnienie prawdziwych egzoplanet od resztkowego światła gwiazd. To pierwszy w historii przypadek wykorzystania przez naukowców uczenia maszynowego do poszukiwania egzoplanet. Dotychczasowe rezultaty pokazują, że taka technologia pozwala na osiągnięcie dużo lepszych wyników niż inne techniki przetwarzania danych. Jeszcze do lat 90. XX wieku teorie dotyczące formowania planet były oparte na naszym Układzie Słonecznym. „Obecnie rozumiemy, że w przestrzeni kosmicznej istnieje wiele różnorodnych układów planetarnych, dlatego nie możemy traktować naszego Układu Słonecznego jako archetypu”, podsumowuje Absil.

Słowa kluczowe

vortex, egzoplaneta, koronograf wirowy, maska wirowa, obrazowanie wysokokontrastowe, uczenie maszynowe, MWC 758, obserwatorium Kecka

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania