Ett astronomiskt instrument vid Subaru Telescope på Maunakea speciellt utformat för att se planeter runt andra stjärnor har framgångsrikt tagits i bruk och har börjat avslöja fantastiska bilder av andra världar efter nästan ett decennium av mödosamt arbete. "Maunakea är den bästa platsen på denna planet att se planeter i andra stjärnsystem. Nu, vi har äntligen ett instrument utformat för att använda detta bergs speciella gåvor och resultaten är hisnande, " utbrister Dr Thayne Currie, som skrev det första vetenskapliga resultatpapperet.

Medan de första planeterna någonsin sett runt en annan stjärna avbildades från Maunakea, dessa upptäckter gjordes med allmänna instrument. Med idrifttagning av ett nytt instrument vid Subaru Telescope som heter SCExAO (Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics, länk till SCExAO-teamets webbplats länk till SCExAO-projektets webbplats), speciellt designad och optimerad för att avbilda planeter genom att använda experimentell teknik, går med nyligen beställda extrema AO -instrument i Chile och Arizona. Med SCExAO, Maunakea bekräftar sin ledande roll i direkt upptäckt och utforskning av andra världar, så småningom de som kan likna jordens.

Än så länge, ungefär ett dussin planeter har direkt upptäckts genom avbildningstekniker som använder nuvarande AO -system. Listan inkluderar två från Subaru-teleskopet (kappa And b och GJ 504 b. Dessa planeter är 4 till 13 gånger mer massiva än Jupiter och ligger längre från sin värdstjärna än Neptunus är från vår sol.

Att vara ett extremt AO -system, SCExAO tillåter oss att avbilda planeter med massor och orbitala separationer mycket mer som de i vårt eget solsystem genom att bättre kompensera för suddiga bilder på grund av turbulent luft vid teleskopplatsen. Jämfört med anläggningen, multi-purpose AO-system (AO188) vid Subaru-teleskopet, SCExAO kan kompensera mer exakt för hur atmosfären suddar bilder av stjärnor och gör det i en snabbare takt. Som ett resultat, SCExAO levererar nu långt, mycket skarpare bilder:med en reducerad bländning från stjärnan, svagare bild, fler solsystemliknande planeter blir möjliga (Figur 1).

SCExAO H-band (1,6 mikron) data för riktmärket direktavbildat planetsystem HR 8799, som är värd för de första planeterna som någonsin avbildats direkt, demonstrerar systemets förbättrade kapacitet jämfört med anläggningens AO-system (Figur 2). Planeterna runt HR 8799 är svaga i H-bandet jämfört med längre våglängder. Befintliga AO-system som det vid Keck eller Subaru-teleskop har hittills upptäckt två eller tre av de fyra planeterna på H-bandet. Dock, SCExAO tekniska data som erhölls i juli 2016 tillsammans med den allmänna HiCIAO-kameran upptäcker enkelt alla fyra och med en mycket bättre känslighet.

Uppföljning av SCExAO-data som erhölls hösten 2016 för HR 8799 med den nya CHARIS inbyggda fältspektrografen resulterade i ännu tydligare detektering av systemets tre inre planeter och högkvalitativa spektra som gör det möjligt för oss att diagnostisera den kemiska sammansättningen av dessa planeters atmosfärer. De senaste SCExAO/CHARIS-data (erhållna i december) tyder på att systemet har förbättrats ytterligare, ungefär lika känslig för att upptäcka planeter/planetbildande skivor på en minut som nuvarande AO-system skulle kunna uppnå på en timme.

"Med SCExAO, vi vet inte bara närvaron av en planet utan också dess karaktär som om den är grumlig och vilka molekyler den har, även om den planeten är tiotals biljoner mil bort, "säger ledaren för SCExAO -projektet Dr. Olivier Guyon upphetsat.

Tidig upptäckt från SCExAO

Efter bara några nätter av att ha uppnått äkta extrem AO-förmåga, SCExAO gjorde sin första upptäckt. I oktober förra året, SCExAO avslöjade de första bilderna av en skräpskiva runt en stjärna som heter HD 36546, en stjärna med två solmassor i stjärnbilden Oxen (Figur 3). Skräpskivan verkar nästan kantad, ligger ungefär dubbelt så långt från sin stjärna som Kuiperbältet är från solen, och består sannolikt av skräp som produceras som en biprodukt av isig planetbildning. Genom att jämföra HD 36546s rymdrörelse med den för andra stjärnor på liknande delar av himlen, laget visade att det sannolikt är medlem i en ung sammanslutning av stjärnor födda för cirka 3 till 10 miljoner år sedan. I så ung ålder, skräpskivan runt HD 36546 kan vara den yngsta skräpskivan som någonsin avbildats och är ett kritiskt laboratorium för att studera de tidigaste stadierna av iskall planetbildning. Även om SCExAO inte upptäckte några planeter som är ansvariga för att skulptera denna skräpskiva, det uppnådde planetdetektionskänsligheter under detta tidiga utvecklingsskede som konkurrerar med/matchar de bästa planetbildsystemen från andra platser som har tagits i drift.

Dr Nemanja Jovanovic som har arbetat med instrumentet säger, "Vi slog knappt på "på"-knappen för SCExAO och såg redan ett nytt planetsystem. Framtiden, som inkluderar en helt optimerad SCExAO är extremt lovande."

Forskningsartikeln som beskriver upptäckten av HD 36546-skivan accepteras nu för publicering i Astrofysiska tidskriftsbrev .

Vad kommer härnäst?

Under 2017, SCExAO kommer att genomgå ytterligare förbättringar som gör det möjligt att avbilda ännu svagare planeter som kretsar mycket närmare sina värdstjärnor. Genom att kombinera SCExAO med en experimentell detektor som är planerad att levereras i slutet av 2017 kan den så småningom upptäcka planeter som är 10 till 100 gånger svagare än de den kan se för närvarande, inklusive mogna planeter i reflekterat ljus. CHARIS kommer att fortsätta med ytterligare tekniska test under hela 2017 för att förbättra sin kapacitet. SCExAO, kombinerat med antingen HiCIAO eller CHARIS, är tillgänglig för öppen användning 2017 för det världsomspännande astronomiska samhället.

På längre sikt, SCExAO på Subaru Telescope är en föregångare för den typ av exoplanetavbildningsinstrument som föreställde sig nästa generation av stora teleskop, i synnerhet trettio meter teleskop. Dr Currie förkunnar, "SCExAO är den typ av instrument som en dag kommer att visa oss en annan planet som kan vara som jorden. Det här är den typen av ny kunskap som gör Thirty Meter Telescope värt det för Hawaii."