|
Коронографы Уэбба обнаруживают экзопланеты в ИК-диапазоне
|
|
|
|
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба имеет множество различных режимов наблюдения для изучения планет, вращающихся вокруг других звезд, известных как экзопланеты. Одним из способов, в частности, является то, что Уэбб может напрямую обнаружить некоторые из этих планет. Непосредственное обнаружение планет вокруг других звезд — непростая задача. Даже ближайшие звезды все еще так далеко, что их планеты кажутся разделенными долей ширины человеческого волоса на расстоянии вытянутой руки. При таких крошечных угловых масштабах слабый свет планеты теряется в сиянии звезды-хозяина при попытке наблюдать за ней. К счастью, у Уэбба есть подходящие инструменты для работы: коронографические режимы камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI). Коронографы Уэбба блокируют свет далекой звезды, в то же время пропуская слабый свет планеты к своим датчикам. Это мало чем отличается от того, как мы используем козырек нашего автомобиля во время заката или восхода солнца, чтобы увидеть машины перед нами, хотя Уэбб использует гораздо более причудливый «визор». Связанные исследования по MIRI опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
|
|
|
|
На пути, который свет проходит через оптику Уэбба, есть несколько важных мест, называемых «плоскостями». «Плоскость изображения» - это место, где в фокусе находится далекое небо, включая все астрофизические объекты. «Плоскость зрачка» позволяет сфокусировать поверхность главного зеркала, которое использовалось для «селфи» Уэбба. Все коронографы Уэбба физически маскируют нежелательный звездный свет как в плоскости изображения, так и в плоскости зрачка для оптимизации производительности. Большинство масок плоскости изображения Уэбба, напоминающих непрозрачные пятна или полосы, удаляют звездный свет, просто блокируя его на изображении. Исключением являются «четырехквадрантные фазовые маски» MIRI, которые сдвигают вершины одной части световой волны таким образом, что она уравновешивается другой частью посредством процесса, называемого «деструктивной интерференцией».
|
|
|
Однако из-за волновой природы света маски плоскости изображения не могут полностью закрыть звезду. Поэтому Уэбб использует дополнительные маски плоскости зрачка, также называемые стопорами Лио, чтобы удалить большую часть оставшегося звездного света. Эти маски плоскости зрачка сильно отличаются от шестиугольного главного зеркала («зрачка» телескопа). В результате объекты, изображенные с помощью коронографов, не демонстрируют характерной для Уэбба дифракционной картины с шестью пиками, как показано в наблюдениях выше.
|
|
|
|
Прибор Уэбба NIRCam имеет пять коронографических масок, каждая из которых может быть настроена для наблюдения на разных длинах волн в диапазоне от 1,7 до 5 микрон. Инструмент MIRI Уэбба имеет четыре коронографические маски, которые работают на фиксированных длинах волн от 10 до 23 микрон. Коронографы могут наблюдать объекты на расстоянии 0,13 угловых секунды от звезды и примерно 30 угловых секунд от звезды, что примерно соответствует околозвездным расстояниям от нескольких астрономических единиц (а.е.) до сотен а.е. вокруг ближайших звезд. Одна астрономическая единица эквивалентна расстоянию между Землей и Солнцем.
|
|
|
|
Несмотря на маски, коронографы Уэбба не полностью улавливают свет звезды. Чтобы удалить последние остатки света, астрономы Уэбба будут тщательно использовать различные «методы вычитания функции рассеяния точки (PSF)». Проще говоря, это означает измерение картины остаточного звездного света, а затем вычитание ее из научного изображения. В конце концов, остается шумный рисунок, который в конечном итоге ограничивает самую слабую обнаруживаемую экзопланету. Этот предел выражается в терминах «контраста», отношения яркости между самой слабой обнаруживаемой планетой и звездой. Во время ввода в эксплуатацию коронографы Webb NIRCam и MIRI продемонстрировали контрастность лучше, чем 10-5 и 10-4 на расстоянии 1 угловой секунды соответственно.
|
|
|
|
Большое главное зеркало Webb и инфракрасные возможности означают, что его коронографы уникально подходят для изучения слабых объектов в инфракрасном диапазоне и будут дополнять другие инструменты, которые в настоящее время ведут наблюдения на других длинах волн, включая коронограф Hubble STIS и несколько инструментов наземных обсерваторий. Астрономы, изучающие экзопланеты, в основном будут использовать коронографы Уэбба для обнаружения гигантских внесолнечных планет, которые еще не успели сформироваться, как показано выше, которые являются первыми изображениями экзопланет на длинах волн более 5 микрон.
|
|
|
|
Уэбб также преуспеет в визуализации плотных околозвездных дисков обломков, образованных астероидами и кометами в этих экзопланетных системах, а также протопланетных дисков, в которых планеты все еще формируются. Коронографы Уэбба можно использовать даже для внегалактической астрономии, для изучения родительских галактик, содержащих яркие активные галактические ядра. Коронографы Уэбба не смогут раскрыть все секреты планетарной системы. Чтобы сфотографировать планеты, подобные нашей собственной, вокруг ближайших солнцеподобных звезд, нам нужно будет наблюдать еще ближе к звезде и иметь возможность обнаруживать планеты всего в одну десятимиллиардную яркости звезды. Для этого потребуется будущая миссия, полностью оптимизированная для коронографов следующего поколения.
|
|
|
|
К счастью, НАСА уже занимается этим. На предстоящем космическом телескопе Nancy Grace Roman агентства будет установлен технологический демонстрационный прибор для тестирования технологии коронографа следующего поколения. И, следуя рекомендациям Десятилетнего обзора астрофизики 2020 года, НАСА закладывает основу для дальнейшего развития технологий для концепции миссии обсерватории обитаемых миров, телескопа такого же размера, как Уэбб, работающего на тех же длинах волн, что и Хаббл, но предназначенного для находить действительно похожие на Землю экзопланеты вокруг других звезд и искать в них признаки жизни.
|
|
|
|
Источник
|
