Het is nu mogelijk om beelden vast te leggen van planeten die mogelijk leven rond nabije sterren mogelijk maken, dankzij vorderingen gerapporteerd door een internationaal team van astronomen in het tijdschrift Natuur Communicatie.

Met behulp van een nieuw ontwikkeld systeem voor beeldvorming van mid-infrarood exoplaneten, in combinatie met een zeer lange observatietijd, de auteurs van het onderzoek zeggen dat ze nu telescopen op de grond kunnen gebruiken om rechtstreeks beelden te maken van planeten die ongeveer drie keer zo groot zijn als de aarde binnen de bewoonbare zones van nabije sterren.

Pogingen om exoplaneten - planeten buiten ons zonnestelsel - rechtstreeks in beeld te brengen, zijn belemmerd door technologische beperkingen, wat resulteert in een voorkeur voor de detectie van gemakkelijker te zien planeten die veel groter zijn dan Jupiter en zich rond zeer jonge sterren en ver buiten de bewoonbare zone bevinden - de "sweet spot" waarin een planeet vloeibaar water kan bevatten. Als astronomen buitenaards leven willen vinden, ze moeten ergens anders zoeken.

"Als we planeten willen vinden met omstandigheden die geschikt zijn voor het leven zoals we dat kennen, we moeten op zoek naar rotsachtige planeten ongeveer zo groot als de aarde, binnen de bewoonbare zones rond oudere, zon-achtige sterren, " zei de eerste auteur van de krant, Kevin Wagner, een Sagan Fellow in NASA's Hubble Fellowship-programma aan het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona.

De methode die in het artikel wordt beschreven, biedt meer dan een tienvoudige verbetering ten opzichte van de bestaande mogelijkheden om exoplaneten rechtstreeks te observeren, zei Wagner. De meeste onderzoeken naar beeldvorming van exoplaneten hebben gekeken naar infrarode golflengten van minder dan 10 micron, stoppen net voor het bereik van golflengten waar dergelijke planeten het helderst schijnen, zei Wagner.

"Daar is een goede reden voor, want de aarde zelf schijnt op die golflengten naar je, " zei Wagner. "Infraroodstraling vanuit de lucht, de camera en de telescoop zelf overstemmen in wezen je signaal. Maar de goede reden om je op deze golflengten te concentreren, is dat een aardachtige planeet in de bewoonbare zone rond een zonachtige ster het helderst zal schijnen."

Het team gebruikte de Very Large Telescope, of VLT, van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht in Chili om ons naaste buurstelsel te observeren:Alpha Centauri, slechts 4,4 lichtjaar verwijderd. Alpha Centauri is een drievoudig stersysteem; het bestaat uit twee sterren - Alpha Centauri A en B - die qua grootte en leeftijd op de zon lijken en als binair systeem om elkaar draaien. De derde ster, Alfa Centauri C, beter bekend als Proxima Centauri, is een veel kleinere rode dwerg die op grote afstand in een baan om zijn twee broers en zussen draait.

Een planeet die niet helemaal twee keer zo groot is als de aarde en die in de bewoonbare zone rond Proxima Centauri draait, is al indirect gedetecteerd door waarnemingen van de radiale snelheidsvariatie van de ster. of het kleine wiebelen dat een ster vertoont onder het trekken van de onzichtbare planeet. Volgens de auteurs van de studie, Alpha Centauri A en B zouden soortgelijke planeten kunnen herbergen, maar indirecte detectiemethoden zijn nog niet gevoelig genoeg om rotsplaneten te vinden in hun verder van elkaar gescheiden bewoonbare zones, Wagner uitgelegd.

"Met directe beeldvorming, we kunnen nu voor het eerst onder die detectielimieten gaan, " hij zei.

Om de gevoeligheid van de beeldopstelling te vergroten, het team gebruikte een zogenaamde adaptieve secundaire telescoopspiegel die de vervorming van het licht door de atmosfeer van de aarde kan corrigeren. In aanvulling, de onderzoekers gebruikten een masker dat sterrenlicht blokkeert dat ze hebben geoptimaliseerd voor het midden-infrarode lichtspectrum om het licht van een van de sterren tegelijk te blokkeren. Om de bewoonbare zones van beide sterren tegelijkertijd te kunnen observeren, ze pionierden ook met een nieuwe techniek om zeer snel heen en weer te schakelen tussen het observeren van Alpha Centauri A en Alpha Centauri B.

"We bewegen elke tiende van een seconde een ster op en een ster van de coronagraaf af, "zei Wagner. "Dat stelt ons in staat om elke ster de helft van de tijd te observeren, en, belangrijk, het stelt ons ook in staat om één frame af te trekken van het volgende frame, die alles verwijdert dat in wezen alleen maar ruis is van de camera en de telescoop."

Met behulp van deze aanpak, het ongewenste sterrenlicht en "ruis" - ongewenste signalen van binnen de telescoop en camera - worden in wezen willekeurig achtergrondgeluid, mogelijk om verder te verminderen door afbeeldingen te stapelen en de ruis af te trekken met behulp van gespecialiseerde software.

Vergelijkbaar met het effect van ruisonderdrukkende hoofdtelefoons, waardoor zachte muziek te horen is over een gestage stroom van ongewenst straalmotorgeluid, de techniek stelde het team in staat om zoveel mogelijk ongewenste ruis te verwijderen en de veel zwakkere signalen te detecteren die werden gecreëerd door potentiële planeetkandidaten in de bewoonbare zone.

Het team observeerde het Alpha Centauri-systeem gedurende bijna 100 uur in de loop van een maand in 2019, het verzamelen van meer dan 5 miljoen afbeeldingen. Ze verzamelden ongeveer 7 terabyte aan gegevens, die ze openbaar maakten op http://archive.eso.org .

"Dit is een van de eerste speciale multi-night imaging-campagnes voor exoplaneten, waarin we alle gegevens die we in bijna een maand hebben verzameld, hebben gestapeld en die hebben gebruikt om onze uiteindelijke gevoeligheid te bereiken, ' zei Wagner.

Na het verwijderen van zogenaamde artefacten - valse signalen gecreëerd door de instrumentatie en restlicht van de coronagraaf - onthulde het uiteindelijke beeld een lichtbron die werd aangeduid als "C1" die mogelijk zou kunnen wijzen op de aanwezigheid van een exoplaneet-kandidaat in de bewoonbare zone.

"Er is één puntbron die eruitziet als hoe we van een planeet zouden verwachten, die we niet kunnen verklaren met een van de systematische foutcorrecties, Wagner zei. "We zijn niet op het niveau van vertrouwen om te zeggen dat we een planeet rond Alpha Centauri hebben ontdekt, maar er is een signaal dat dat zou kunnen zijn met wat latere verificatie."

Simulaties van hoe planeten in de gegevens er waarschijnlijk uit zullen zien, suggereren dat "C1" een planeet ter grootte van Neptunus tot Saturnus zou kunnen zijn op een afstand van Alpha Centauri A die vergelijkbaar is met de afstand tussen de aarde en de zon, zei Wagner. Echter, de auteurs stellen duidelijk dat zonder controle achteraf, de mogelijkheid dat C1 te wijten is aan een onbekend artefact veroorzaakt door het instrument zelf, kan nog niet worden uitgesloten.

Het vinden van een potentieel bewoonbare planeet binnen Alpha Centauri was het doel van het initiatief Breakthrough Watch/NEAR, wat staat voor New Earths in the Alpha Centauri Region. Breakthrough Watch is een wereldwijd astronomisch programma op zoek naar aardachtige planeten rond nabije sterren.

"We zijn de Breakthrough Initiatives en ESO erg dankbaar voor hun steun bij het bereiken van een nieuwe springplank naar de beeldvorming van aardachtige planeten rond onze naburige sterren, " zei Markus Kasper, hoofdwetenschapper van het NEAR-project en een co-auteur van het papier.

Het team is van plan over een paar jaar een nieuwe beeldvormingscampagne te starten, in een poging om deze potentiële exoplaneet in het Alpha Centauri-systeem op een andere locatie te vangen, en om te zien of het consistent zou zijn met wat zou worden verwacht op basis van het modelleren van de verwachte baan. Verdere aanwijzingen kunnen afkomstig zijn van vervolgobservaties met behulp van verschillende methoden.

De volgende generatie extreem grote telescopen, zoals de Extreem Grote Telescoop van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, en de gigantische Magellan-telescoop, waarvoor de Universiteit van Arizona de primaire spiegels produceert, zullen naar verwachting in staat zijn om directe waarnemingen van nabije sterren die planeten in hun bewoonbare zones kunnen herbergen met een factor 10 te vergroten, Wagner uitgelegd. Kandidaten om naar te kijken zijn onder meer Sirius, de helderste ster aan de nachtelijke hemel, en Tau Ceti, die een indirect waargenomen planetair systeem herbergt dat Wagner en zijn collega's zullen proberen direct in beeld te brengen.

"Het hier gedemonstreerde vermogen tot een routinematige waarnemingsmodus maken - om hittesignaturen op te kunnen pikken van planeten die rond de bewoonbare zones van nabije sterren draaien - zal een game-wisselaar zijn voor de verkenning van nieuwe werelden en voor het zoeken naar leven in het universum , " zei co-auteur van de studie, Daniel Apai, een UArizona universitair hoofddocent astronomie en planetaire wetenschap die het door NASA gefinancierde Earths in Other Solar Systems-programma leidt dat de studie gedeeltelijk ondersteunde.