Forskare har designat en ny kamera som kan tillåta hyperteleskop att avbilda flera stjärnor samtidigt. Den förbättrade teleskopdesignen har potential att få extremt högupplösta bilder av objekt utanför vårt solsystem, som planeter, pulsarer, klothopar och avlägsna galaxer.

"Ett multifältshyperteleskop kan i princip, fånga en mycket detaljerad bild av en stjärna, möjligen också visa dess planeter och till och med detaljerna på planeternas ytor, sa Antoine Labeyrie, emeritus professor vid Collège de France och Observatoire de la Cote d'Azur, som banade väg för hyperteleskopdesignen. "Det kan tillåta att planeter utanför vårt solsystem syns så noga att spektroskopi kan användas för att söka efter bevis på fotosyntetiskt liv."

I The Optical Society's (OSA) tidskrift Optikbokstäver , Labeyrie och en multiinstitutionell grupp forskare rapporterar optiska modelleringsresultat som bekräftar att deras flerfältskonstruktion väsentligt kan förlänga den snäva synfältet för hyperteleskop som utvecklats hittills.

Gör spegeln större

Stora optiska teleskop använder en konkav spegel för att fokusera ljus från himmelska källor. Även om större speglar kan producera mer detaljerade bilder på grund av deras minskade diffraktiva spridning av ljusstrålen, det finns en gräns för hur stora dessa speglar kan göras. Hyperteleskop är designade för att övervinna denna storleksbegränsning genom att använda stora mängder speglar, som kan placeras stort ifrån varandra.

Forskare har tidigare experimenterat med relativt små prototyper av hyperteleskop, och en fullstor version är för närvarande under uppbyggnad i de franska alperna. I det nya arbetet, forskare använde datormodeller för att skapa en design som skulle ge hyperteleskop ett mycket större synfält. Denna design skulle kunna implementeras på jorden, i en krater av månen eller till och med i extremt stor skala i rymden.

Bygga ett hyperteleskop i rymden, till exempel, skulle kräva en stor flottilj med små speglar åtskilda för att bilda en mycket stor konkav spegel. Den stora spegeln fokuserar ljus från en stjärna eller annat himmelsobjekt på ett separat rymdskepp som bär en kamera och andra nödvändiga optiska komponenter.

"Multifältdesignen är ett ganska blygsamt tillägg till det optiska systemet i ett hyperteleskop, men bör avsevärt förbättra dess kapacitet, ", sa Labeyrie. "En slutlig version utplacerad i rymden kan ha en diameter som är tiotals gånger större än jorden och kan användas för att avslöja detaljer om extremt små föremål som krabbpulsaren, en neutronstjärna som tros vara bara 20 kilometer stor."

Utvidgar utsikten

Hyperteleskop använder vad som kallas pupillförtätning för att koncentrera ljusinsamlingen för att bilda högupplösta bilder. Denna process, dock, begränsar synfältet avsevärt för hyperteleskop, förhindra bildandet av bilder av diffusa eller stora föremål som en klotformad stjärnhop, exoplanetärt system eller galax.

Forskarna utvecklade ett mikrooptiskt system som kan användas med hyperteleskopets fokalkamera för att samtidigt generera separata bilder av varje intresseområde. För stjärnhopar, detta gör det möjligt att få separata bilder av var och en av tusentals stjärnor samtidigt.

Den föreslagna flerfältsdesignen kan ses som ett instrument tillverkat av flera oberoende hyperteleskop, var och en med en annorlunda lutad optisk axel som ger den ett unikt bildfält. Dessa oberoende teleskop fokuserar intilliggande bilder på en enda kamerasensor.

Forskarna använde optisk simuleringsprogramvara för att modellera olika implementeringar av ett multifältshyperteleskop. Dessa gav alla exakta resultat som bekräftade genomförbarheten av flerfältobservationer.

Att införliva flerfältstillägget i hyperteleskopprototyper skulle kräva utveckling av nya komponenter, inklusive adaptiva optiska komponenter för att korrigera kvarvarande optiska defekter i off-axis design. Forskarna fortsätter också att utveckla anpassningstekniker och styrprogramvara så att den nya kameran kan användas med prototypen i Alperna. De har också utvecklat en liknande design för en månbaserad version.