Tänk dig att försöka se en eldfluga bredvid en avlägsen strålkastare, där strålarna från strålkastarljuset nästan drunknar ut det svaga skenet från eldflugan. Lägg till dimma, och båda lamporna är nedtonade. Är glöden från eldflugan fortfarande synlig alls?

Det är frågan Jakten på observerbara signaturer av marksystem, eller HOSTS, Undersökningen fick i uppgift att svara, om än i kosmisk skala. Med hjälp av den stora kikarteleskopinterferometern, eller LBTI, i Arizona, HOSTS -undersökningen bestämmer ljusstyrkan och densiteten hos varmt damm som flyter i närliggande stjärnas beboeliga zoner, där flytande vatten kan finnas på en planets yta.

Denna forskning kommer att bidra till en rapport per årtionde om astrofysik, producerade av National Academies, som NASA använder för att kartlägga en kurs för framtida uppdrag, varav några kan fortsätta leta efter planeter runt andra stjärnor, känd som exoplaneter. Men innan teleskop för framtida exoplanetjaktuppdrag kan utformas, astronomer måste veta om det finns en grundläggande gräns för deras förmåga att se en liten, dim planet bredvid en ljus stjärna när systemet är höljt i damm.

"Vårt resultat är att det inte finns några grundläggande problem, "sa Steve Ertel från University of Arizona Steward Observatory, instrumentforskare för Large Binocular Telescope Interferometer och huvudförfattare på pappret, "The HOSTS Survey - Exo -Zodiacal Dust Measurements for 30 Stars, "som publiceras i Astronomisk tidskrift . "Nu är det en teknisk utmaning."

Ett potentiellt uppdrag att söka efter markplaneter skulle troligen innefatta ett rymdbaserat teleskop, och HOSTS -undersökningen hjälper till att bestämma dess storlek.

"Ju mer damm det finns, ju större teleskopet måste vara för att avbilda en planet, "Ertel sa." Det är viktigt att veta vilket teleskopstorlek som krävs, så att kostnaderna kan minimeras. "

Dammet som kretsar i planet i vårt solsystem är känt som "zodiacalt damm". HOSTS-undersökningen har fastställt att den typiska nivån av zodiakdamm runt andra stjärnor-kallat "exo-zodiacalt damm"-är mindre än 15 gånger den mängd som finns i vårt eget solsystems beboeliga zon. Stjärnor med mer än så mycket damm gör dåliga mål för framtida exoplanetavbildningsuppdrag, eftersom planeter skulle vara svåra att se genom diset. En sådan stjärna med en framträdande dammskiva, kallad Epsilon Eridani, är en av de 10 närmaste stjärnorna som undersökts av HOSTS -undersökningen.

"Det är väldigt nära, "Sade Ertel." Det är en stjärna som liknar vår sol. Det skulle vara ett mycket trevligt mål att titta på, men vi kom på att det inte skulle vara en bra idé. Du skulle inte kunna se en jordliknande planet runt den. "

'Det är vår bästa gissning'

Om damm och skräp gör det svårt att hitta steniga världar, varför söka efter planeter i dammiga system?

"Det finns damm i vårt eget solsystem, "sa Philip Hinz, ledningen för HOSTS Survey -teamet och docent i astronomi vid UA. "Vi vill karakterisera stjärnor som liknar vårt eget solsystem, för det är vår bästa gissning om vad andra planetsystem kan ha liv. "

Mönstret för dammfördelning runt en värdstjärna kan också berätta för astronomer något om de potentiella planeterna i ett stjärnsystem. Vissa stjärnor har bred, kontinuerliga diskar som fyller hela systemet. Detta anses vara en standardmodell, som damm bildas under asteroidkollisioner långt från stjärnan och sedan spiraler inåt mot stjärnan så att den fördelas jämnt i hela systemet.

"Det här är något som vi förväntade oss att se, men vi såg också några överraskningar, "Sa Ertel.

Ta Vega, en av de ljusaste stjärnorna på natthimlen. I mer än 30 år har astronomer har vetat att Vega har ett massivt bälte av kallt damm långt från stjärnan, analogt med vårt solsystems Kuiperbälte. Stjärnan har också en skiva med varmt damm mycket nära den.

"Vi tänkte att Vega också måste ha damm i den beboeliga zonen, eftersom det har damm mycket nära och damm längre bort, "Sade Ertel." Men vi tittade på Vegas beboeliga zon och vi hittade ingenting. "

Vegas beboeliga zon saknar upptäckt damm, vilket kan tyda på att systemet har planeter som förhindrar att damm samlas där. Planeter har ännu inte upptäckts runt Vega, men nuvarande observationer är inte ens känsliga nog för att upptäcka en så stor planet som Jupiter nära stjärnan, än mindre jordliknande planeter.

"Detta kan vara en indikation på en planet som vi inte kan se, "Ertel sa." Det kan vara en massiv planet utanför den beboeliga zonen, eller så kan det vara flera jordmassplaneter. "

Andra stjärnor hade olika dammfördelningar:inget långt bort eller väldigt nära, men stora mängder ljus, varmt damm i sina beboeliga zoner. Om en stjärna inte har en Kuiper Belt -analog som producerar damm, men den har fortfarande en ring av varmt damm, det måste finnas en annan mekanism i systemet.

"Det kan finnas jätteplaneter som Jupiter och Saturnus i det systemet, men det systemets asteroidbälte har mycket massa, så du får många kollisioner som skapar stora mängder damm, "Sa Hinz.

Att studera dessa dammskivor ger astronomer fler bitar till pusslet om planetarkitektur. Medan tidigare studier har letat efter planeter väldigt nära, och väldigt långt ifrån, stjärnor för att avgöra var planeter vanligtvis finns i stjärnsystem, HOSTS -undersökningen avgör hur damm och asteroidbälten visas i det genomsnittliga stjärnsystemet.

"Undersökningen pågår, så vi har fler frågor än svar, "Sade Hinz." Vi är i början av tiden för att försöka ta reda på hur allt hänger ihop. "

Detekteringsmetoder

Exodjordiskt damm har värmts till rumstemperatur av sin värdstjärna, så det lyser när det ses i infraröda våglängder - det vill säga i infrarött ljus, som avges av uppvärmda föremål. Dock, vid dessa våglängder, stjärnor lyser 10, 000 gånger ljusare än dammet. För att se hur mycket damm som virvlade runt deras utvalda 30 stjärnor, HOSTS -undersökningen upptäckte dammskivorna med en teknik som kallas "Bracewell nulling interferometry, "efter Ronald Bracewell, astronomen som först föreslog metoden.

"Interferometri betyder" att mäta interferensen mellan två vågtåg, '"Sa Hinz.

Det stora kikarteleskopet, eller LBT, har den unika förmågan att utföra denna interferometri, som det är utformat så att dess dubbla teleskop kan var och en upptäcka ljusvågor som är helt ur fas med varandra. När vågorna är ur fas, de avbryter varandra, får sina toppar och dalar att plana ut.

"Resultatet är att du avbryter ljuset från stjärnan, "Sa Hinz.

En liknande teknik introducerades 1998, med hjälp av Multiple Mirror Telescope på Arizona Mount Hopkins.

"Det tog nästan 20 år att förfina tekniken så att den är tillräckligt exakt så att vi kunde bli av med stjärnan och tillräckligt känsliga så att vi kunde se det återstående ljuset från dammet, "Sa Hinz.

För att uppnå denna annullering krävs att LBT är anpassningsbar. Efter att ljuset studsat av teleskopets 8-meters primära speglar, det reflekterar bort de sekundära speglarna och in i detektorer. De sekundära speglarna är deformerbara så att de kan korrigera för de snedvridningar av ljus som orsakas av krusningar i atmosfären. För att interferometri ska fungera, dessa korrigeringar måste vara exakta till en hundradel av bredden på ett människohår.