een nieuwe, goedkope bevestiging aan telescopen maakt voorheen onbereikbare precisie mogelijk bij grondobservaties van exoplaneten - planeten buiten ons zonnestelsel. Met de nieuwe bijlage telescopen op de grond kunnen metingen van lichtintensiteit produceren die wedijveren met fotometrische waarnemingen van de hoogste kwaliteit vanuit de ruimte. Penn State astronomen, in nauwe samenwerking met de nanofabricagelabs van RPC Photonics in Rochester, New York, creëerde op maat gemaakte "straalvormende" diffusers - zorgvuldig gestructureerde micro-optische apparaten die binnenkomend licht over een afbeelding verspreiden - die in staat zijn om vervormingen van de aardatmosfeer te minimaliseren die de precisie van waarnemingen op de grond kunnen verminderen. Een paper waarin de effectiviteit van de diffusers wordt beschreven, verschijnt online op 5 oktober, 2017, in de Astrofysisch tijdschrift .

"Deze goedkope technologie levert een hoge fotometrische precisie bij observaties van exoplaneten terwijl ze passeren - kruisen voor - de heldere sterren waar ze omheen draaien, " zei Gudmundur Stefansson, afgestudeerde student aan Penn State, NASA Earth and Space Science Fellow, en hoofdauteur van het artikel. "Deze technologie is vooral relevant gezien de aanstaande lancering van NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) begin 2018. Het is aan grondfaciliteiten om snel en betrouwbaar de kandidaat-planeten die door TESS zijn geïdentificeerd, op te volgen."

Diffusers zijn kleine stukjes glas die gemakkelijk kunnen worden aangepast om op verschillende telescopen te worden gemonteerd. Vanwege hun lage kosten en aanpassingsvermogen, Stefansson gelooft dat door diffusor ondersteunde fotometrie astronomen in staat zal stellen het meeste uit de informatie van TESS te halen, bevestiging van nieuwe planeetkandidaten vanaf de grond.

"Beam-shaping diffusers zijn gemaakt met behulp van een nauwkeurig nanofabricageproces, " zei Suvrath Mahadevan, universitair hoofddocent astronomie en astrofysica aan Penn State en auteur van het artikel, "waarbij een zorgvuldig ontworpen oppervlaktepatroon precies is geschreven op een plastic polymeer op een glasoppervlak of direct op het glas zelf is geëtst. Het patroon bestaat uit precieze microschaalstructuren, ontworpen om de variërende lichtinvoer van sterren te vormen tot een vooraf gedefinieerde brede en stabiele uitvoervorm, verspreid over vele pixels op de telescoopcamera."

Het onderzoeksteam testte de nieuwe diffusortechnologie "on-sky" op de Hale-telescoop van het Palomar Observatory in Californië, de 0,6 m telescoop bij Davey Lab Observatory in Penn State, en de ARC 3,5 m-telescoop bij Apache Point Observatory in New Mexico. In alle gevallen, afbeeldingen geproduceerd met een diffuser waren consistent stabieler dan die met conventionele methoden - ze behielden een relatief consistente grootte, vorm, en intensiteit, wat een integraal onderdeel is van het bereiken van zeer nauwkeurige metingen. Het gebruik van een gefocusseerde telescoop zonder diffusor produceerde beelden die fluctueren in grootte en intensiteit. Een veelgebruikte methode om de telescoop te "defocussen" - het opzettelijk onscherp maken van het beeld om het licht te verspreiden - leverde een hogere fotometrische precisie op dan gerichte waarnemingen, maar creëerde nog steeds beelden die fluctueerden in grootte en intensiteit.

"Verspreide waarnemingen zijn verreweg het meest stabiel", zei Ming Zhao, datawetenschapper bij The New York Times en voormalig onderzoeksmedewerker bij Penn State die de diffuser-inspanning leidde bij de 5m Hale-telescoop in Palomar.

Door de lichtopbrengst vorm te geven, de diffusor stelt astronomen in staat om het geluid dat door de atmosfeer van de aarde wordt veroorzaakt, te overwinnen. "De stabiele en vloeiende beelden die door diffusors worden geleverd, zijn essentieel om de nadelige effecten van de turbulente atmosfeer op onze metingen te minimaliseren, en bij het maximaliseren van onze precisie, ' zei Zhao.

"Deze technologie werkt over een breed scala aan golflengten, van het optische - zichtbaar voor de mens - tot het nabij-infrarood, " zei Jason Wright, universitair hoofddocent astronomie en astrofysica aan Penn State en auteur van het artikel. "Als zodanig, diffusers kunnen worden gebruikt voor een breed scala aan exoplaneetwetenschap. We kunnen ze gebruiken om precies te meten hoe lang exoplanetaire werelden hun sterren passeren, die ons zal helpen hun massa's en composities te meten, en zelfs nieuwe planeten in hun systemen vinden; en we kunnen ze gebruiken om de temperatuurstructuren van de atmosfeer van reuzenplaneten te bestuderen."

Het onderzoeksteam is al samenwerkingen aan het opzetten om deze technologie op andere telescopen over de hele wereld te implementeren. "Ons doel is om de bredere exoplaneetgemeenschap uit te rusten met goedkope precisietools om nauwkeurige metingen te leveren om toekomstige observaties in de exoplaneetwetenschap te ondersteunen, ' zei Stefansson.