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tokyo hot n0699研究人员首次亮相超高速系外行星相机

天文学与空间 2022-05-15 00:01:06

作者哈里森·塔索夫,加州大学圣巴巴拉分校 为MKID系外行星相机设计的20440像素MKID设备是任何波长下像素数量最高的超导探测器阵列

信用:图片由研究人员提供 自从天文学家发现第一颗系外行星——一颗围绕太阳系外一颗恒星运行的行星——以来的几年里,已经观测到了4000多颗系外行星

通常,它们的存在是因为它们对母星的轻微影响而被放弃的,母星远远超过它们

十五年来,科学家们一直试图直接对系外行星成像,但当他们试图利用大型地面望远镜时,地球的大气层是一个主要障碍

现在,一队美国人

S

日本科学家和工程师,包括加州大学圣巴巴拉分校的研究人员,已经开发出一种新的探索外星的照相机

该设备部署在夏威夷莫纳克亚的斯巴鲁望远镜上,是世界上像素数量最大的超导相机,将为不久的将来直接成像太阳系外行星铺平道路

一篇发表在太平洋天文学会出版物上的仪器论文向天文学界宣布了这种新设备

由本·马津教授实验室的研究人员建造的MKID系外行星照相机(MEC)使用微波动力感应探测器(MKID),使科学家能够直接对系外行星和明亮恒星周围的圆盘成像

该探测器以90毫开尔文的速度运行,仅略高于绝对零度,是第一台在光学和近红外光谱中工作的永久部署的超导相机

“在系外行星直接成像中,你试图对比母星暗数百万倍的行星进行成像,”萨拉·施泰格说,她是马津实验室的一名博士生,在MKID管道上工作

“这相当于试图从飞机上看到一只萤火虫在一个灯火通明的足球场旁边

“更重要的是,如果你在地面上做这件事,你必须透过地球的湍流大气,”她继续说道

这种湍流是导致星星在夜空中闪烁的原因,也是天文学家长期头疼的问题,它扭曲了图像,并在暗淡的系外行星上投射星光

博士生尼莱·水果瓦拉说:“防止来自这颗恒星的杂散光完全淹没地球是一场持续的战斗。”

现代天文台使用自适应光学来校正这些失真

该系统依靠快速反馈回路和复杂的算法每秒钟弯曲望远镜的镜子数千次,以抵消大气的影响,使科学家能够像在太空中一样恢复图像

“这些非常复杂的自适应光学系统让我们能够发现像HR 8799中的那些行星,HR 8799是一个由四颗行星组成的系统,它们都在木星的质量之上绕着它旋转,”马津说

但是它们也可以散射光,这使得微弱的系外行星变得模糊不清

“我们发现,仅仅使用自适应光学本身只能找到少数几颗行星——也就是那些仍然在形成过程中发热的行星——这些行星在我们的恒星附近并不常见

" 夏威夷莫纳克亚山顶上的斯巴鲁望远镜

信用:日本国家天文台 MKIDs的另一个优势在于它们能够确定撞击探测器的每个光子的能量

“这不仅让我们能够确定一颗行星的亮度,”施泰格说,“而且还能获得光谱(亮度是能量的函数),这可以揭示关于系外行星属性的额外信息,比如它的年龄、质量和潜在的大气成分

" 更先进的探测器使用日冕仪,它阻挡来自宿主恒星的一些光,这样科学家就可以更好地辨别从行星本身反射的光

这对于成像附近的系统很重要,这些系统大多不是特别年轻

然而,要从这种设置中获得最佳性能,需要非常好的自适应光学器件

“这些仪器现在有点碰壁,”马津说

“它们可以阻挡恒星发出的大约一百万倍的光,但问题是大多数行星比它们的母星要暗十亿倍

" MKIDs相对于传统相机的一个优势是速度非常快

施泰格解释说,这些探测器每秒钟可以读取数千次数据,这是自适应光学系统所需的速度

这使得MKID能够通过与天文台的自适应光学系统通信来清除一些散射和衍射的星光,从而进一步清理图像

这推动了太阳系外行星成像模糊程度的极限

MKID系外行星相机应该可以将天文学家可以直接成像的系外行星的范围扩大到近地行星

“这些是最重要的,因为我们可以更详细地描述它们,”合著者奥利维尔·古约说,他是负责斯巴鲁日冕极端自适应光学仪器的项目科学家

最终目标是寻找生命的证据,而MEC是这一旅程中重要的一步

“我们无法用斯巴鲁或任何现有的望远镜做到这一点,因为它们实在是太小了,”古永说

“但我们正在为下一个重大步骤做准备,那就是在诸如三十米望远镜这样的大型望远镜上部署系外行星成像相机

当这些望远镜上线时,同样的技术,同样的相机,同样的技巧将允许我们真正寻找生命

" 也就是说,还有很多工作要做,主要是关于MEC的软件和算法

该团队获得了海星-西蒙斯基金会的一大笔资助,以解决这个问题,并在未来几年进一步发展快速光学校正

“我们把书中的每一个技巧都扔在这里,”马津说,“我们也在开发新的技巧

" 作者承认毛纳基亚山顶在夏威夷社区中的重要文化作用和崇敬,并说他们感到很幸运有机会在这座山上进行观察

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