Stel je voor dat je een vuurvlieg probeert te zien naast een verre schijnwerper, waar de stralen van de schijnwerpers de vage gloed van de vuurvlieg bijna overstemmen. Voeg mist toe, en beide lichten zijn gedimd. Is de gloed van de vuurvlieg nog wel zichtbaar?

Dat is de vraag de jacht op waarneembare handtekeningen van terrestrische systemen, of GASTHEREN, Enquête was belast met het beantwoorden, zij het op kosmische schaal. Met behulp van de Grote Binoculaire Telescoop Interferometer, of LBTI, in Arizona, het HOSTS-onderzoek bepaalt de helderheid en dichtheid van warm stof dat in de bewoonbare zones van nabije sterren drijft, waar vloeibaar water zou kunnen bestaan ​​op het oppervlak van een planeet.

Dit onderzoek zal bijdragen aan een eens per decennium rapport op het gebied van astrofysica, geproduceerd door de Nationale Academies, die NASA gebruikt om een ​​koers uit te stippelen voor toekomstige missies, waarvan sommige de zoektocht naar planeten rond andere sterren zouden kunnen voortzetten, bekend als exoplaneten. Maar voordat telescopen voor toekomstige missies om op exoplaneten te jagen kunnen worden ontworpen, astronomen moeten weten of er een fundamentele grens is aan hun vermogen om een ​​minuscuul, schemerige planeet naast een heldere ster wanneer het systeem in stof is gehuld.

"Ons resultaat is dat er geen fundamenteel probleem is, " zei Steve Ertel van het Steward Observatorium van de Universiteit van Arizona, instrumentwetenschapper voor de Large Binocular Telescope Interferometer en hoofdauteur van het papier, "The HOSTS Survey - Exo-Zodiacal stofmetingen voor 30 sterren, " die is gepubliceerd in de in de Astronomisch tijdschrift . "Nu is het een technische uitdaging."

Een mogelijke missie om terrestrische planeten te zoeken zou waarschijnlijk een ruimtetelescoop omvatten, en de HOSTS-enquête zal helpen bij het bepalen van de grootte ervan.

"Hoe meer stof er is, hoe groter de telescoop moet zijn om een ​​planeet in beeld te brengen, "Zei Ertel. "Het is belangrijk om te weten welke telescoopmaat nodig is, zodat de kosten kunnen worden geminimaliseerd."

Het stof dat in het vlak van ons zonnestelsel draait, staat bekend als 'zodiakaal stof'. Het HOSTS-onderzoek heeft vastgesteld dat het typische niveau van zodiakaal stof rond andere sterren - "exo-zodiakaal stof" genoemd - minder dan 15 keer de hoeveelheid is die wordt aangetroffen in de bewoonbare zone van ons eigen zonnestelsel. Sterren met meer dan die hoeveelheid stof zijn slechte doelen voor toekomstige beeldvormingsmissies van exoplaneten, omdat planeten moeilijk te zien zouden zijn door de nevel. Een dergelijke ster met een prominente stofschijf, genaamd Epsilon Eridani, is een van de 10 dichtstbijzijnde sterren die zijn onderzocht door de HOSTS-enquête.

"Het is heel dichtbij, Ertel zei. "Het is een ster die erg lijkt op onze zon. Het zou een heel mooi doelwit zijn om naar te kijken, maar we kwamen erachter dat het geen goed idee zou zijn. Je zou er geen aardachtige planeet omheen kunnen zien."

'Dat is onze beste gok'

Als stof en puin het vinden van rotsachtige werelden een uitdaging maken, waarom dan zoeken naar planeten in stoffige systemen?

"Er is stof in ons eigen zonnestelsel, " zei Philip Hinz, de lead voor het HOSTS Survey-team en universitair hoofddocent astronomie aan de UA. "We willen sterren karakteriseren die lijken op ons eigen zonnestelsel, want dat is onze beste gok over wat andere planetaire systemen zouden kunnen hebben leven."

Het patroon van stofverdeling rond een gastster kan astronomen ook iets vertellen over de potentiële planeten in een stersysteem. Sommige sterren hebben brede, continue schijven die het hele systeem vullen. Dit wordt beschouwd als een standaardmodel, aangezien stof wordt gevormd tijdens botsingen van asteroïden ver van de ster en vervolgens naar binnen in de richting van de ster spiraalt, zodat het gelijkmatig door het systeem wordt verdeeld.

"Dit is iets dat we verwachtten te zien, maar we zagen ook enkele verrassingen, ' zei Ertel.

Neem Vega, een van de helderste sterren aan de nachtelijke hemel. Al meer dan 30 jaar, astronomen weten dat Vega een enorme gordel van koud stof heeft ver van de ster, analoog aan de Kuipergordel van ons zonnestelsel. De ster heeft ook een schijf van heet stof heel dichtbij.

"We dachten dat Vega ook stof in de bewoonbare zone moest hebben, omdat het stof heel dichtbij en stof verder weg heeft, "Zei Ertel. "Maar we hebben de bewoonbare zone van Vega bekeken en we hebben niets gevonden."

Vega's bewoonbare zone is verstoken van detecteerbaar stof, wat erop zou kunnen wijzen dat het systeem planeten heeft die voorkomen dat zich daar stof verzamelt. Planeten zijn nog niet ontdekt rond Vega, maar de huidige waarnemingen zijn niet eens gevoelig genoeg om een ​​planeet zo groot als Jupiter in de buurt van de ster te detecteren. laat staan ​​aardachtige planeten.

"Dit kan een indicatie zijn van een planeet die we niet kunnen zien, "Zei Ertel. "Het zou een massieve planeet kunnen zijn buiten de bewoonbare zone, of het kunnen verschillende planeten met een aardmassa zijn."

Andere sterren hadden verschillende stofverdelingen:niets ver weg of heel dichtbij, maar enorme hoeveelheden heldere, warm stof in hun bewoonbare zones. Als een ster geen Kuipergordel-analoog heeft die stof produceert, maar het heeft nog steeds een ring van warm stof, er moet een ander mechanisme in het systeem spelen.

"Er zouden gigantische planeten zoals Jupiter en Saturnus in dat systeem kunnen zijn, maar de asteroïdengordel van dat systeem heeft veel massa, dus je krijgt veel botsingen die grote hoeveelheden stof veroorzaken, ' zei Hinz.

Het bestuderen van deze stofschijven geeft astronomen meer stukjes van de puzzel van planetaire architectuur. Terwijl eerdere studies hebben gezocht naar planeten die heel dicht bij, en heel ver weg van sterren om te bepalen waar planeten zich doorgaans bevinden in sterrenstelsels, de HOSTS Survey bepaalt hoe stof en asteroïdengordels verschijnen in het gemiddelde sterrenstelsel.

"Het onderzoek loopt, dus we hebben meer vragen dan antwoorden, "Zei Hinz. "We staan ​​nog in de kinderschoenen om uit te zoeken hoe het allemaal in elkaar past."

Detectiemethoden

Exo-zodiakaal stof is opgewarmd tot kamertemperatuur door zijn gastheerster, dus het gloeit wanneer het wordt bekeken in infrarode golflengten - dat wil zeggen, in infrarood licht, uitgezonden door verwarmde voorwerpen. Echter, op die golflengten, sterren gloeien 10, 000 keer helderder dan het stof. Om te zien hoeveel stof er rond hun gekozen 30 sterren wervelde, de HOSTS Survey detecteerde de stofschijven met behulp van een techniek genaamd "Bracewell nulling interferometrie, " na Ronald Bracewell, de astronoom die de methode voor het eerst voorstelde.

"Interferometrie betekent 'meten van de interferentie tussen twee golftreinen, ', aldus Hinz.

De grote verrekijkertelescoop, of LBT, heeft de unieke mogelijkheid om deze interferometrie uit te voeren, omdat het zo is ontworpen dat zijn tweelingtelescopen elk lichtgolven kunnen detecteren die perfect uit fase zijn met elkaar. Wanneer golven uit fase zijn, ze heffen elkaar op, waardoor hun pieken en dalen afvlakken.

"Het resultaat is dat je het licht van de ster opheft, ' zei Hinz.

Een soortgelijke techniek werd in 1998 geïntroduceerd, met behulp van de Multiple Mirror Telescope op Mount Hopkins in Arizona.

"Het heeft bijna 20 jaar geduurd om de techniek te verfijnen, zodat het nauwkeurig genoeg is om van de ster af te komen en gevoelig genoeg om het resterende licht van het stof te kunnen zien. ' zei Hinz.

Om deze annulering te bereiken, moet de LBT aanpasbaar zijn. Nadat het licht weerkaatst op de 8-meter primaire spiegels van de telescoop, het weerkaatst van de secundaire spiegels en in detectoren. De secundaire spiegels zijn vervormbaar zodat ze kunnen corrigeren voor de vervormingen van licht veroorzaakt door rimpelingen in de atmosfeer. Om de interferometrie te laten werken, deze correcties moeten tot op een honderdste van de breedte van een mensenhaar nauwkeurig zijn.