• pon.. cze 5th, 2023

Koronografy teleskopu Webba i ich rola w wykrywaniu egzoplanet w podczerwieni

Koronografy teleskopu Webba i ich rola w wykrywaniu egzoplanet w podczerwieni

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA odgrywa ważną rolę w identyfikacji egzoplanet, zwłaszcza w widmie podczerwonym. Bezpośrednie znalezienie egzoplanet krążących wokół innych gwiazd może być trudne, co jest bardzo trudnym zadaniem. Jednak Webb ma tryby koronograficzne dla swojej kamery bliskiej podczerwieni (NIRCam) i instrumentu średniej podczerwieni (MIRI), które mogą poradzić sobie z tym trudnym zadaniem. Aby te koronografy działały, światło z odległych gwiazd musi zostać zablokowane podczas przechodzenia do czujników. Musi być tylko światło z pobliskich planet.


Celem koronografów Webba jest wyeliminowanie niepożądanego światła gwiazd zarówno w płaszczyźnie źrenicy, jak i obrazu. „Czterokwadrantowe maski fazowe” opracowane przez MIRI zmieniają fazę światła w taki sposób, że destrukcyjnie interferuje ono samo ze sobą. Większość masek płaszczyzny obrazu eliminuje światło gwiazd, blokując je na obrazie, co nie ma miejsca w przypadku masek płaszczyzny źrenicy. Niestety, maski płaszczyzny obrazu nie są w stanie całkowicie zakryć gwiazdy, ponieważ światło jest falą. Webb stosuje dodatkowe maski płaszczyzny źrenicy – znane również jako stopery Lyota – aby odfiltrować pozostałe światło gwiazd.


Maski koronograficzne na instrumentach Webba NIRCam i MIRI to odpowiednio pięć i cztery. Używając tych masek, obiekty można obserwować w odległości do 30 sekund łukowych od gwiazdy i tak blisko, jak 0,13 sekundy łukowej. Kilka jednostek astronomicznych (au) do setek au to rzeczy, które koronografy mogą znaleźć w pobliżu bliskich gwiazd. Możliwości podczerwieni i duże zwierciadło główne Webba sprawiają, że jego koronografy szczególnie dobrze nadają się do badania słabych obiektów w podczerwieni. Uzupełnia to inne instrumenty już monitorujące na innych długościach fal.


Gigantyczne planety pozasłoneczne, które wciąż się formują, można znaleźć za pomocą koronografów Webba. Są również w stanie obrazować dyski protoplanetarne, na których planety wciąż się rozwijają. Mogą również obrazować gęste dyski okołogwiazdowe szczątków wytwarzanych przez komety i asteroidy w układach egzoplanetarnych. Pozagalaktyczne badanie galaktyk macierzystych z jasnymi, aktywnymi jądrami galaktycznymi to kolejne zastosowanie koronografów Webba.


Ze względu na duże zwierciadło główne i możliwości w zakresie podczerwieni, koronografy Webba doskonale nadają się do badania słabych obiektów w podczerwieni. Dlatego astronomowie Webba zamierzają wyeliminować ostateczne ślady światła za pomocą szeregu metod odejmowania „funkcji rozproszenia punktu (PSF)”. Ta procedura wymaga pomiaru i odjęcia resztkowego wzoru światła gwiazd od obrazu naukowego. Rezultatem jest hałaśliwy wzór, który w końcu pokrywa najsłabszą egzoplanetę, jaką można zobaczyć. Granica „kontrastu” to różnica jasności między gwiazdą a najmniej zauważalną planetą. Koronografy NIRCam i MIRI na Webb wykazały kontrasty w odległości 1 sekundy kątowej, które były lepsze niż odpowiednio 10-5 i 10-4 podczas uruchamiania.


Koronografy Webba są kluczowym narzędziem do znajdowania egzoplanet. Jednak nie będą w stanie odkryć wszystkich tajemnic układu planetarnego. Przyszłe misje muszą być odpowiednio dostosowane do koronografów nowej generacji. Pomoże to w znalezieniu planet podobnych do naszej wokół sąsiednich gwiazd podobnych do Słońca. NASA już to bada.