Ett banbrytande nytt instrument som ger de skarpaste bilderna av unga stjärnor kan ge astronomer en fascinerande inblick i hur solsystemet kan ha sett ut för mer än 4,5 miljarder år sedan.

Ett internationellt team av experter, inklusive professor Stefan Kraus från University of Exeter, bedriver ny forskning om hur planeter bildas med hjälp av en banbrytande ny infraröd bildapparat.

Bildaren, kallas MIRC-X, är utformad för att ge nya insikter om hur planeter bildas från roterande, cirkumstellära skivor av tätt damm och gas som finns runt unga stjärnor.

Medan konventionella teleskop bara kan se det yttre skivområdet för dessa spirande stjärnor, på grund av det stora avståndet de är från jorden, den nya avbildaren kan producera bilder från djupet av de inre områdena.

Forskargruppen tror att forskningen inte bara kommer att ge en mycket större förståelse för hur dessa stjärnor – som hittats flera hundra ljusår bort – bildas utan också ge en inblick i hur solsystemet skulle ha sett ut vid själva bildandet.

Professor Kraus, från University of Exeters avdelning för fysik och astronomi och principiell utredare av MIRC-X-instrumentet sa:"Det stora priset i studier av planetbildning är att förstå vad som händer i de inre delarna av dessa skivor, på skalan där jorden ligger i vårt solsystem.

"I dessa mycket inre regioner, skivan genomgår en dramatisk övergång från en damm+gassammansättning till en rent gasformig skiva. Den starka tryckgradienten i regionen kan leda till en hög med dammkorn som kan utlösa bildandet av steniga planeter i regionen."

Forskargruppen, som även inkluderar experter från University of Michigan (USA), skapade MIRC-X imager för att ge mycket skarpare bilder av de mycket inre skivområdena för första gången.

Teamet använde CHARA-teleskoparrayen, beläget på Mt. Wilson i Kalifornien och drivs av Georgia State University, för att hjälpa till att producera de slutliga bilderna. Denna anläggning innehåller sex, en meter teleskop spridda över ett område på 330 meter i diameter. MIRC-X-instrumentet kombinerar ljuset från alla sex teleskop samtidigt, skapar effektivt upplösningsförmågan hos ett gigantiskt 330-meters teleskop.

Prestationen att kombinera dessa 6 CHARA-teleskop har redan uppnåtts av ett tidigare instrument, MIRC – byggt av University of Michigan – som fungerade som föregångare till MIRC-X.

"Vi uppnådde milstolpar inom astrofysik, till exempel genom att avbilda fläckar på andra stjärnors ytor, eller eldklots expansionsfas av en novaexplosion, " sa professor John Monnier från University of Michigan och huvudutredare för MIRC. "Men, för att uppnå det utmanande målet att avbilda unga stjärnor, vi behövde göra om och bygga om instrumentet väsentligt."

En av de viktigaste aspekterna av omdesignen gällde kameran som används för att upptäcka den svaga signalen som produceras genom att överlagra stjärnljuset från de sex teleskopen.

"Vi behövde en kamera med extremt lågt brus, men samtidigt också en mycket hög bildhastighet för att frysa all bildförvrängning som atmosfären introducerar, " förklarade professor Kraus. "Lyckligtvis, det har skett ett rejält genombrott inom detektortekniken för några år sedan som har resulterat i en ny generation infraröda kameror med 40 gånger lägre brus än tidigare. Det är världens snabbaste, lågt ljud, infraröd kamera och otroligt nära att nå den grundläggande fysiska gränsen för enfotondetektering, vilket gör den nästan till den "perfekta" kameran för våra ändamål."

I slutet av 2018 uppnådde teamet "första ljuset" med det helt nya MIRC-X-systemet – ögonblicket när det nya instrumentet fångade stjärnljus första gången, med det innovativa systemet.

"Vi fick en framgångsrik start på vår observationskampanj och kan inte vänta med att analysera data som vi registrerade, sade professor Kraus, "Bilderna kommer att visa oss hur solsystemet kan ha sett ut för 4,5 miljarder år sedan, vid den tidpunkt då jorden och de andra planeterna bildades. "

"Närhelst astronomer har satt på en maskin som är en storleksordning mer kapabel än tidigare generationer och riktat den mot himlen, de upptäckte spännande nya saker om universum, ", tillade professor Monnier. "Jag hoppas att samma sak kommer att gälla med vårt nya instrument.

Instrumentteamet inkluderar forskare från University of Exeter, Michigans universitet, och Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble. MIRC-X-projektet fick finansiering av European Research Council och University of Exeter och bygger på tidigare finansiering från USA:s National Science Foundation. Teamet tackar First Light Imaging SRS för ett fruktbart samarbete och Fujikura Europe Ltd för att ha tillhandahållit ett prov på deras optiska fibrer.