En ny, billig anslutning till teleskop tillåter tidigare ouppnåelig precision vid markbaserade observationer av exoplaneter-planeter bortom vårt solsystem. Med den nya bilagan, markbaserade teleskop kan producera mätningar av ljusintensitet som konkurrerar med fotometriska observationer av högsta kvalitet från rymden. Penn State -astronomer, i nära samarbete med nanofabrication labs på RPC Photonics i Rochester, New York, skapat anpassade "strålformande" diffusorer-noggrant strukturerade mikrooptiska enheter som sprider inkommande ljus över en bild-som kan minimera störningar från jordens atmosfär som kan minska precisionen i markbaserade observationer. Ett papper som beskriver diffusornas effektivitet visas online den 5 oktober, 2017, i Astrofysisk tidskrift .

"Denna billiga teknik ger hög fotometrisk precision vid observationer av exoplaneter när de passerar - korsar framför - de ljusa stjärnorna som de kretsar, "sa Gudmundur Stefansson, doktorand vid Penn State, NASA Earth and Space Science Fellow, och huvudförfattare till tidningen. "Denna teknik är särskilt relevant med tanke på den förestående lanseringen av NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) i början av 2018. Det är upp till markbaserade anläggningar att snabbt och pålitligt följa upp kandidatplaneter som identifieras av TESS."

Spridare är små glasbitar som enkelt kan anpassas för montering på en mängd olika teleskop. På grund av deras låga kostnad och anpassningsförmåga, Stefansson tror att diffusorassisterad fotometri gör att astronomer kan få ut mesta möjliga av informationen från TESS, bekräftar nya planetkandidater från marken.

"Strålformande diffusorer tillverkas med en exakt nanofabriceringsprocess, "sa Suvrath Mahadevan, docent i astronomi och astrofysik vid Penn State och författare till tidningen, "där ett noggrant utformat ytmönster är exakt skrivet på en plastpolymer på en glasyta eller direkt etsat på själva glaset. Mönstret består av exakta mikroskalstrukturer, konstruerad för att forma den varierande ljusinmatningen från stjärnor till en fördefinierad bred och stabil utgångsform spridd över många pixlar på teleskopkameran. "

Forskargruppen testade den nya diffusortekniken "on-sky" på Hale-teleskopet vid Palomar Observatory i Kalifornien, 0,6 m teleskopet vid Davey Lab Observatory i Penn State, och ARC 3,5 m teleskop vid Apache Point Observatory i New Mexico. I samtliga fall, bilder som producerats med en diffusor var genomgående stabilare än de som använder konventionella metoder - de höll en relativt konsekvent storlek, form, och intensitet, vilket är en integrerad del för att uppnå mycket exakta mätningar. Genom att använda ett fokuserat teleskop utan diffusor skapades bilder som varierar i storlek och intensitet. En vanlig metod för att "defokusera" teleskopet - avsiktligt ta bilden ur fokus för att sprida ut ljus - gav högre fotometrisk precision än fokuserade observationer, men skapade ändå bilder som varierade i storlek och intensitet.

"Spridda observationer är överlägset mest stabila", sa Ming Zhao, datavetenskapare vid The New York Times och tidigare forskningsassistent vid Penn State som ledde diffusorsatsningen vid 5m Hale -teleskopet vid Palomar.

Genom att forma ljusets effekt, diffusorn tillåter astronomer att övervinna buller som skapas av jordens atmosfär. "De stabila och mjuka bilderna som levereras av diffusorer är avgörande för att minimera de negativa effekterna av den turbulenta atmosfären på våra mätningar, och för att maximera vår precision, sa Zhao.

"Denna teknik fungerar över ett brett spektrum av våglängder, från det optiska - synligt för människor - till det nära infraröda, "sa Jason Wright, docent i astronomi och astrofysik vid Penn State och författare till tidningen. "Som sådan, diffusorer kan användas för ett brett spektrum av exoplanetvetenskap. Vi kan använda dem för att exakt mäta gånger exoplanetära världar passerar sina stjärnor, som hjälper oss att mäta deras massor och kompositioner, och till och med hitta nya planeter i sina system; och vi kan använda dem för att studera temperaturstrukturerna på jätteplanets atmosfärer. "

Forskargruppen etablerar redan samarbeten för att implementera denna teknik på andra teleskop runt om i världen. "Vårt mål är att utrusta det bredare exoplanetsamhället med lågprecisionsverktyg för att leverera exakta mätningar för att underlätta framtida observationer inom exoplanetvetenskap, sa Stefansson.