science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Reuzenexoplaneten rond nabije sterren in beeld

Gemeten mijlpaalcontrasten voor de HLC (midden) en SPC (links) in een vacuümtestbed in 2015, waar het mijlpaaldoelcontrast van 10-8 gemiddeld in het donkere gat (de ringvormige en wigvormige gebieden, respectievelijk) werd bereikt voor beide coronagrafen, zoals gepland en op schema. Krediet:NASA

De Wide-Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) is de hoogst gerangschikte aanbeveling voor een grote ruimtemissie in de NRC 2010 decadale survey, nieuwe werelden, New Horizons (NWNH) in astronomie en astrofysica. Het WFIRST-coronagraafinstrument (CGI) wordt de eerste stellaire coronagraaf met hoog contrast in de ruimte. Het zal WFIRST in staat stellen om te reageren op de doelstellingen van NWNH door gigantische exoplaneten vergelijkbaar met Neptunus en Jupiter rechtstreeks in beeld te brengen en spectraal te karakteriseren, en mogelijk zelfs superaarde (planeten buiten het zonnestelsel met een massa die hoger is dan die van de aarde maar lager dan de ijsreuzen van ons zonnestelsel, Neptunus en Uranus), rond nabijgelegen sterren. De WFIRST CGI bevat zowel een Shaped Pupil Coronagraph (SPC) als een Hybrid Lyot Coronagraph (HLC). Alle drie de CGI-technologiemijlpalen van WFIRST voor 2015 zijn met succes behaald.

Eerst, de HLC vertoonde een ruw contrast (verhouding spikkel/ster-intensiteit) van 10-8, met een 10% bandbreedtefilter in zichtbaar licht (550 nm), in een statische omgeving. Tweede, de SPC bereikte dezelfde mijlpaal onder dezelfde omstandigheden. Voor zowel de HLC als de SPC geldt de afbeelding hierboven toont een uitstekend gemiddeld contrast (blauwgroen) over het grootste deel van het gezichtsveld, en lichte omslag (rood) aan de binnen- en buitenradii, zoals verwacht. De derde mijlpaal werd bereikt toen het Low Order Wavefront Sensing and Control (LOWFS)-subsysteem zijn doel bereikte om detectie van pointing jitter en controle te bieden op het 0,4 milli-boogseconde rootmean-square (RMS)-niveau, die een doelster voldoende gecentreerd houdt op het coronagraaf-sterblokkerende masker, wanneer de WFIRST telescoop pointing drift en jitter ervaart.

Met het behalen van deze mijlpalen, NASA is een grote stap dichter bij het vertrouwen dat WFIRST in staat zal zijn om planeten en stofschijven rond nabije sterren direct in beeld te brengen. Er zijn minstens 15 exoplaneten met radiale snelheid die beide coronagrafen in hun donkere gatengebied kunnen afbeelden, in een paar uur integratietijd elk. Met de WFIRST-coronagraaf kunnen wetenschappers deze exoplaneten voor het eerst rechtstreeks zien, en de afbeeldingen zullen in hun ware kleuren zijn (met behulp van enkele van de andere kleurenfilters in de CGI). Een simulatie wordt getoond in de figuur op pagina 9, waar de geblokkeerde ster is verborgen in de annulus; een planeet wordt gezien om ongeveer 5 uur, en de ster wordt verondersteld geen zodiakaal stof om zich heen te hebben (links) of een sterke stofwolk (rechts).

Pupil-plane reflecterend masker voor de SPC, 24 mm doorsnee, zwart silicium op spiegel (links). Reflecterend masker in beeldvlak voor de back-uptechnologie Phase Induced AmplitudeApodization Complex Mask Coronagraph (PIAA-CMC) coronagraaf, 155 m diameter, verhoogde elementen op silicium (midden). Beeldvlak zendmasker voor HLC, 100 m diameter, verhoogd diëlektricum en metaal op glas (rechts). Alle maskers zijn vervaardigd in het Micro-Devices Lab (MDL) in het Jet Propulsion Laboratory (JPL).

WFIRST heeft haar Mission Concept Review in december 2015 met succes afgerond ter voorbereiding op de start van Fase-A in januari (die ook succesvol was). De CGI is als basislijn gebruikt als een technologiedemonstratie-instrument op WFIRST; het drijft de missievereisten niet verder dan die nodig zijn voor het Wide Field Instrument. Echter, met een jaar toegewezen observatietijd van een zesjarige missie, NASA verwacht dat het baanbrekende wetenschap zal bereiken, en zal belangrijke technologische elementen demonstreren voor vervolgmissies, de volgende zou gericht kunnen zijn op het vinden van bewoonbare aardachtige planeten rond nabijgelegen sterren.

Simulatie van verwacht beeld met CGI op WFIRST van een planeet (om ongeveer 5 uur) met nozodiacale stofwolk (links) en met een zodiacale stofwolk (rechts). Krediet:NASA