Att studera exoplaneter försvåras av ljuset från värdstjärnan. Coronagraphs är enheter som blockerar stjärnljuset och både JWST och Nancy Grace Roman Telescope är utrustade med dem. Nuvarande koronagrafer är inte riktigt kapabla att se andra jordar men arbete pågår för att tänja på gränserna för teknik och till och med vetenskap för en ny, mer avancerad enhet. En artikel publicerad på arXiv pre-print server utforskar kvantteknikerna som en dag kan göra det möjligt för oss att göra sådana observationer.
Koronagrafer är enheter som fästs på teleskop och designades ursprungligen för att studera solens korona. Koronan är det yttersta lagret av solens atmosfär men är vanligtvis dold från det starka ljuset som sänds ut från fotosfären (det synliga lagret).
Enheten har också modifierats för att dölja ljuset från stjärnor för att studera svaga föremål i deras närhet. Dessa stjärnkoronagrafer används ofta för att jaga efter extrasolära planeter och skivorna som de bildas ur.
Det finns ett antal tekniker för att identifiera extrasolära planeter men direkt avbildning är ett av de främsta sätten att lära sig om deras natur. Utmaningen, som möts av stjärnkoronagrafen, är stjärnans ljusstyrka och planetens relativa svaghet och närheten till stjärnan.
Koronagrafer kan öka förhållandet mellan brus (i det här fallet ljuset från stjärnan) och signalen från exoplaneten genom att optiskt ta bort ljuset från stjärnan. I tidningen undersöker författarna Nico Deshler, Sebastian Haffert och Amit Ashok från University of Arizona om koronagrafer är den bästa metoden för att jaga exoplaneter.
Att studera exoplaneter är viktigt för att hjälpa oss att lära oss om planetbildning, atmosfäriska vetenskaper och kanske till och med livets ursprung. Teamet närmade sig sin analys av koronagrafiska tekniker genom att först överväga detektionssteget och sedan lokaliseringsuppgiften i exoplanetforskning.
De genomförde först ett hypotestest för att se om det var troligt att det fanns en exoplanet. Om förutsägelsen utspelade sig och en exoplanet befanns existera försökte teamet uppskatta dess position. När det gäller kvantgränser för teleskopisk upplösning använde de kvantmekanik för att ta fram en gräns för exoplanetens position.
Teamet jämförde sedan klassiska direktavbildningskoronagrafer med kvantförutsägelserna ovan. Det bör noteras att denna forskning fokuserade på nuvarande koronagrafers förmåga att upptäcka jordliknande exoplaneter med hjälp av kvantteori.
Forskningen drar slutsatsen att det fullständiga förkastandet av ett teleskops optiska läge är nyckeln för att uppnå bästa möjliga detektionstekniker. Värdstjärna och planetseparationer som är så nära att de ligger under teleskopens diffraktionsgräns tros vara rikliga över hela universum. Det är därför nödvändigt att kvantoptimala koronagrafer utvecklas och det är uppmuntrande att denna forskning finner att de kommer att ge imponerande resultat.
Mer information: Nico Deshler et al, Achieving Quantum Limits of Exoplanet Detection and Localization, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.17988
Journalinformation: arXiv
Tillhandahålls av Universe Today
