In een ongekende prestatie, een Amerikaans onderzoeksteam ontdekte verborgen geheimen van een ongrijpbare exoplaneet met behulp van een krachtig nieuw instrument bij de 8-meter Gemini North-telescoop op Maunakea in Hawai'i. De bevindingen classificeren niet alleen een exoplaneet ter grootte van Jupiter in een nabij dubbelstersysteem, maar ook overtuigend aantonen, Voor de eerste keer, om welke ster de planeet draait.

De doorbraak vond plaats toen Steve B. Howell van het NASA Ames Research Center en zijn team een ​​beeldinstrument met hoge resolutie van hun ontwerp gebruikten, genaamd 'Alopeke (een eigentijds Hawaiiaans woord voor vos). Het team observeerde de exoplaneet Kepler-13b toen deze ongeveer 2 voor een van de sterren in het Kepler-13AB dubbelstersysteem passeerde. 000 lichtjaar ver. Voorafgaand aan deze poging de ware aard van de exoplaneet was een mysterie.

"Er was verwarring over Kepler-13b:was het een ster met een lage massa of een hete Jupiter-achtige wereld? Dus bedachten we een experiment met behulp van het sluwe instrument 'Alopeke, " zei Howell. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in de Astronomisch tijdschrift . "We hebben beide sterren gevolgd, Kepler A en Kepler B, tegelijkertijd tijdens het zoeken naar veranderingen in helderheid tijdens de doorgang van de planeet, " legde Howell uit. "Tot ons plezier, we hebben niet alleen het mysterie opgelost, maar opende ook een venster naar een nieuw tijdperk van exoplaneetonderzoek."

"Deze dubbele overwinning heeft het belang van instrumenten als 'Alopeke in exoplaneetonderzoek, " zei Chris Davis van de National Science Foundation, een van de sponsoringbureaus van Gemini. "De voortreffelijke kijk- en telescoopcapaciteiten van Gemini Observatory, evenals het innovatieve 'Alopeke-instrument' maakten deze ontdekking mogelijk in slechts vier uur observaties."

'Alopeke voert 'speckle imaging, " elke minuut duizend opnamen van 60 milliseconden verzamelen. Na het verwerken van deze grote hoeveelheid gegevens, de uiteindelijke beelden zijn vrij van de nadelige effecten van atmosferische turbulentie - die kan opzwellen, vervagen, en sterbeelden vervormen.

"Ongeveer de helft van alle exoplaneten draait om een ​​ster die zich in een dubbelstersysteem bevindt, nog, tot nu, we waren niet in staat om robuust te bepalen welke ster de planeet herbergt, ' zei Howell.

De analyse van het team onthulde een duidelijke daling in het licht van Kepler A, bewijzen dat de planeet om de helderste van de twee sterren draait. Bovendien, 'Alopeke levert tegelijkertijd gegevens op zowel rode als blauwe golflengten, een ongebruikelijke mogelijkheid voor speckle imagers. Door de rode en blauwe gegevens te vergelijken, de onderzoekers waren verrast om te ontdekken dat de dip in het blauwe licht van de ster ongeveer twee keer zo diep was als de dip in rood licht. Dit kan worden verklaard door een hete exoplaneet met een zeer uitgebreide atmosfeer, die het licht op blauwe golflengten effectiever blokkeert. Dus, deze veelkleurige spikkelwaarnemingen geven een verleidelijke blik in het uiterlijk van deze verre wereld.

Vroege waarnemingen wezen er ooit op dat het passerende object een ster met een lage massa of een bruine dwerg was (een object ergens tussen de zwaarste planeten en de lichtste sterren). Maar het onderzoek van Howell en zijn team toont vrijwel zeker aan dat het object een Jupiter-achtige gasreus-exoplaneet is met een "opgeblazen" atmosfeer als gevolg van blootstelling aan de enorme straling van zijn gastheerster.

'Alopeke heeft een identieke tweeling bij de Gemini South-telescoop in Chili, genaamd Zorro, dat is het woord voor vos in het Spaans. Zoals 'Alopeke, Zorro is in staat tot spikkelen in zowel blauwe als rode golflengten. De aanwezigheid van deze instrumenten op beide halfronden stelt Gemini Observatory in staat om de duizenden exoplaneten op te lossen waarvan bekend is dat ze zich in meerdere sterrenstelsels bevinden.

"Spikkelbeeldvorming beleeft een renaissance met technologie zoals snelle, geluidsarme detectoren worden steeds gemakkelijker verkrijgbaar, " zei teamlid en 'Alopeke instrumentwetenschapper Andrew Stephens bij de Gemini North-telescoop. "Gecombineerd met Gemini's grote primaire spiegel, 'Alopeke heeft echt potentieel om nog belangrijkere ontdekkingen van exoplaneten te doen door een andere dimensie aan de zoektocht toe te voegen.'

Voor het eerst voorgesteld door de Franse astronoom Antoine Labeyrie in 1970, speckle imaging is gebaseerd op het idee dat atmosferische turbulentie kan worden "bevroren" bij het verkrijgen van zeer korte belichtingen. In deze korte blootstellingen, sterren zien eruit als verzamelingen van kleine vlekjes, of spikkels, waarbij elk van deze spikkels de grootte heeft van de optimale resolutielimiet van de telescoop. Bij het nemen van veel belichtingen, en met behulp van een slimme wiskundige benadering, deze spikkels kunnen worden gereconstrueerd om het ware beeld van de bron te vormen, het effect van atmosferische turbulentie wegnemen. Het resultaat is het beeld van de hoogste kwaliteit dat een telescoop kan produceren, het effectief verkrijgen van ruimtegebaseerde resolutie vanaf de grond, waardoor deze instrumenten uitstekende sondes zijn van extrasolaire omgevingen die planeten kunnen herbergen.

De ontdekking van planeten die om andere sterren draaien, heeft het beeld van onze plaats in het heelal veranderd. Ruimtemissies zoals NASA's Kepler/K2 Space Telescope en de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) hebben onthuld dat er twee keer zoveel planeten in een baan om sterren aan de hemel draaien dan er sterren zichtbaar zijn voor het blote oog; tot op heden schommelt het totale aantal ontdekkingen rond de 4, 000. Terwijl deze telescopen exoplaneten detecteren door te zoeken naar kleine dipjes in de helderheid van een ster wanneer een planeet ervoor kruist, ze hebben hun grenzen.

"Deze missies observeren grote gezichtsvelden met honderdduizenden sterren, dus ze hebben niet de fijne ruimtelijke resolutie die nodig is om dieper te peilen, Howell zei. "Een van de belangrijkste ontdekkingen van exoplaneetonderzoek is dat ongeveer de helft van alle exoplaneten om sterren draaien die zich in binaire systemen bevinden. Om deze complexe systemen te begrijpen, zijn technologieën nodig die tijdgevoelige observaties kunnen uitvoeren en de fijnere details met uitzonderlijke helderheid kunnen onderzoeken."

"Ons werk met Kepler-13b staat als model voor toekomstig onderzoek naar exoplaneten in meervoudige sterrenstelsels, " vervolgde Howell. "De waarnemingen benadrukken het vermogen van beeldvorming met hoge resolutie met krachtige telescopen zoals Gemini om niet alleen te beoordelen welke sterren met planeten in dubbelsterren zijn, maar ook robuust bepalen om welke van de sterren de exoplaneet draait."