I en aldrig tidigare skådad bedrift, ett amerikanskt forskarlag upptäckte dolda hemligheter för en svårfångad exoplanet med hjälp av ett kraftfullt nytt instrument vid det 8 meter långa Gemini North-teleskopet på Maunakea i Hawai'i. Fynden klassificerar inte bara en exoplanet i Jupiterstorlek i ett nära dubbelstjärnesystem, men också slutgiltigt visa, för första gången, vilken stjärna planeten kretsar kring.

Genombrottet inträffade när Steve B. Howell från NASA Ames Research Center och hans team använde ett högupplöst bildinstrument av deras design – som heter 'Alopeke (ett modernt hawaiiskt ord för Fox). Teamet observerade exoplaneten Kepler-13b när den passerade framför (transiterade) en av stjärnorna i Kepler-13ABs binära stjärnsystem cirka 2, 000 ljusår bort. Före detta försök, exoplanetens sanna natur var ett mysterium.

"Det rådde förvirring över Kepler-13b:var det en stjärna med låg massa eller en het Jupiter-liknande värld? Så vi tänkte ut ett experiment med det slug instrument "Alopeke, sade Howell. Forskningen publicerades nyligen i Astronomisk tidskrift . "Vi övervakade båda stjärnorna, Kepler A och Kepler B, samtidigt som man letar efter förändringar i ljusstyrkan under planetens transitering, Howell förklarade. "Till vårt nöje, vi löste inte bara mysteriet, men öppnade också ett fönster in i en ny era av exoplanetforskning."

"Denna dubbla vinst har lyft vikten av instrument som 'Alopeke i exoplanetforskning, " sa Chris Davis från National Science Foundation, en av Geminis sponsringsbyråer. "De utsökta syn- och teleskopförmågan hos Gemini Observatory, såväl som det innovativa 'Alopeke-instrumentet gjorde denna upptäckt möjlig på bara fyra timmars observationer."

'Alopeke utför "fläckig avbildning, " samlar in tusen 60 millisekunders exponeringar varje minut. Efter att ha bearbetat denna stora mängd data, de slutliga bilderna är fria från de negativa effekterna av atmosfärisk turbulens - som kan svälla upp, fläck, och förvränga stjärnbilder.

"Omkring hälften av alla exoplaneter kretsar kring en stjärna som finns i ett binärt system, än, tills nu, vi var oförberedda på att på ett robust sätt avgöra vilken stjärna som är värd för planeten, " sa Howell.

Teamets analys avslöjade ett tydligt fall i ljuset från Kepler A, bevisar att planeten kretsar kring den ljusare av de två stjärnorna. Dessutom, "Alopeke tillhandahåller samtidigt data vid både röda och blå våglängder, en ovanlig kapacitet för fläckbildare. Jämför de röda och blå data, forskarna blev förvånade när de upptäckte att sänkningen i stjärnans blåa ljus var ungefär dubbelt så djup som djupet i rött ljus. Detta kan förklaras av en het exoplanet med en mycket utsträckt atmosfär, som mer effektivt blockerar ljuset vid blå våglängder. Således, dessa flerfärgade fläckobservationer ger en lockande inblick i utseendet på denna avlägsna värld.

Tidiga observationer pekade en gång på att objektet i transit var antingen en stjärna med låg massa eller en brun dvärg (ett objekt någonstans mellan de tyngsta planeterna och de lättaste stjärnorna). Men Howell och hans teams forskning visar nästan säkert att objektet är en Jupiter-liknande gasjätte exoplanet med en "uppblåst" atmosfär på grund av exponering för den enorma strålningen från dess värdstjärna.

"Alopeke har en enäggstvilling vid Gemini South-teleskopet i Chile, som heter Zorro, vilket är ordet för räv på spanska. Som 'Alopeke, Zorro kan avbilda fläckar i både blå och röda våglängder. Närvaron av dessa instrument i båda hemisfärerna gör att Gemini Observatory kan lösa de tusentals exoplaneter som är kända för att vara i flera stjärnsystem.

"Speckle imaging upplever en renässans med teknik som snabb, lågbrusdetektorer blir lättare tillgängliga, " sa teammedlemmen och 'Alopekes instrumentforskare Andrew Stephens vid Gemini North-teleskopet. "Kombinerat med Geminis stora primära spegel, "Alopeke har verklig potential att göra ännu mer betydande upptäckter av exoplaneter genom att lägga till ytterligare en dimension till sökningen."

Första förslaget av den franske astronomen Antoine Labeyrie 1970, speckle imaging bygger på idén att atmosfärisk turbulens kan "frysas" när man erhåller mycket korta exponeringar. I dessa korta exponeringar, stjärnor ser ut som samlingar av små fläckar, eller fläckar, där var och en av dessa fläckar har storleken på teleskopets optimala upplösningsgräns. När du tar många exponeringar, och använder en smart matematisk metod, dessa fläckar kan rekonstrueras för att bilda den sanna bilden av källan, ta bort effekten av atmosfärisk turbulens. Resultatet är den bild av högsta kvalitet som ett teleskop kan producera, att effektivt erhålla rymdbaserad upplösning från marken – vilket gör dessa instrument till fantastiska sonder av extrasolära miljöer som kan hysa planeter.

Upptäckten av planeter som kretsar kring andra stjärnor har förändrat synen på vår plats i universum. Rymduppdrag som NASA:s Kepler/K2 rymdteleskop och Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) har avslöjat att det finns dubbelt så många planeter som kretsar runt stjärnor på himlen än det finns stjärnor som är synliga för blotta ögonen; hittills svävar det totala antalet upptäckter runt 4, 000. Medan dessa teleskop upptäcker exoplaneter genom att leta efter små nedgångar i ljusstyrkan hos en stjärna när en planet korsar framför den, de har sina gränser.

"Dessa uppdrag observerar stora synfält som innehåller hundratusentals stjärnor, så att de inte har den fina rumsliga upplösning som krävs för att undersöka djupare, " Howell sa. "En av de stora upptäckterna av exoplanetforskning är att ungefär hälften av alla exoplaneter kretsar runt stjärnor som finns i binära system. För att förstå dessa komplexa system krävs teknik som kan utföra tidskänsliga observationer och undersöka de finare detaljerna med exceptionell tydlighet."

"Vårt arbete med Kepler-13b står som en modell för framtida forskning av exoplaneter i flera stjärnsystem, Howell fortsatte. "Observationerna belyser förmågan hos högupplöst bildbehandling med kraftfulla teleskop som Tvillingarna att inte bara bedöma vilka stjärnor med planeter som är i binärer, men också robust avgöra vilken av stjärnorna exoplaneten kretsar kring."