Een baanbrekend nieuw instrument dat de scherpste beelden van jonge sterren produceert, zou astronomen een fascinerend kijkje kunnen geven in hoe het zonnestelsel er meer dan 4,5 miljard jaar geleden uitzag.

Een internationaal team van experts, waaronder professor Stefan Kraus van de Universiteit van Exeter, doen nieuw onderzoek naar de vorming van planeten met behulp van een baanbrekende nieuwe infraroodcamera.

de beeldmaker, genaamd MIRC-X, is ontworpen om nieuwe inzichten te geven in hoe planeten ontstaan ​​door de roterende, circumstellaire schijven van dicht stof en gas die rond jonge sterren bestaan.

Terwijl conventionele telescopen alleen het buitenste schijfgebied van deze jonge sterren kunnen zien, vanwege de enorme afstand die ze van de aarde hebben, de nieuwe imager kan beelden produceren vanuit de diepten van de binnenste regionen.

Het onderzoeksteam is van mening dat het onderzoek niet alleen een veel beter begrip zal geven van hoe deze sterren - die op enkele honderden lichtjaren afstand zijn gevonden - zich vormen, maar ook een glimp zal geven van hoe het zonnestelsel zou hebben gekeken naar de vorming ervan.

Professor Kraus, van de afdeling Natuurkunde en Sterrenkunde van de Universiteit van Exeter en hoofdonderzoeker van het MIRC-X-instrument zei:"De grote prijs in onderzoek naar planeetvorming is om te begrijpen wat er gebeurt in de binnenste regionen van deze schijven, op de schaal waar de aarde zich in ons zonnestelsel bevindt.

"In deze zeer binnengebieden, de schijf ondergaat een dramatische overgang van een stof + gassamenstelling naar een puur gasvormige schijf. De sterke drukgradiënt in de regio zou kunnen leiden tot een opeenhoping van stofkorrels die de vorming van rotsachtige planeten in de regio zou kunnen veroorzaken."

Het onderzoeksteam, waaronder ook experts van de University of Michigan (VS), creëerde de MIRC-X-imager om voor het eerst veel scherpere beelden van de binnenste schijfgebieden te leveren.

Het team gebruikte de CHARA-telescooparray, gelegen op Mount Wilson in Californië en beheerd door Georgia State University, helpen bij het maken van de uiteindelijke beelden. Deze faciliteit omvat zes, telescopen van één meter verspreid over een gebied met een diameter van 330 meter. Het MIRC-X instrument combineert het licht van alle zes telescopen tegelijkertijd, effectief het oplossend vermogen van een gigantische 330-meter telescoop creëren.

De prestatie van het combineren van deze 6 CHARA-telescopen is al bereikt door een eerder instrument, MIRC – gebouwd door de Universiteit van Michigan – dat fungeerde als de voorloper van MIRC-X.

"We hebben baanbrekende resultaten behaald in stellaire astrofysica, bijvoorbeeld door het afbeelden van vlekken op het oppervlak van andere sterren, of de vuurbal-uitbreidingsfase van een nova-explosie, " zei professor John Monnier van de Universiteit van Michigan en hoofdonderzoeker van MIRC. "Echter, om het uitdagende doel van het in beeld brengen van jonge sterren te bereiken, we moesten het instrument aanzienlijk herontwerpen en opnieuw opbouwen."

Een van de belangrijkste aspecten van het herontwerp betrof de camera die wordt gebruikt om het zwakke signaal te detecteren dat wordt geproduceerd door het sterrenlicht van de zes telescopen te superponeren.

"We hadden een camera nodig met extreem weinig ruis, maar tegelijkertijd ook een zeer hoge framerate om eventuele door de atmosfeer veroorzaakte beeldvervorming te bevriezen, " legde professor Kraus uit. "Gelukkig, er is een paar jaar geleden een echte doorbraak geweest in de detectortechnologie die heeft geresulteerd in een nieuwe generatie infraroodcamera's met 40 keer minder ruis dan voorheen. Het is 's werelds snelste, laag geluidsniveau, infraroodcamera en griezelig dicht bij het bereiken van de fundamentele fysieke limiet van enkelvoudige fotondetectie, waardoor het bijna de 'perfecte' camera is voor onze doeleinden."

Eind 2018 bereikte het team "first light" met het volledig nieuwe MIRC-X-systeem - het moment waarop het nieuwe instrument voor het eerst sterrenlicht ving, met het innovatieve systeem.

"We waren op weg naar een succesvolle start van onze waarnemingscampagne en kunnen niet wachten om de gegevens te analyseren die we hebben vastgelegd, " zei professor Kraus, "De afbeeldingen zullen ons laten zien hoe het zonnestelsel er 4,5 miljard jaar geleden uit zou kunnen zien, op het moment dat de aarde en de andere planeten werden gevormd. "

"Telkens wanneer astronomen een machine hebben aangezet die een orde van grootte meer in staat is dan eerdere generaties, en deze naar de hemel hebben gericht, ze ontdekten spannende nieuwe dingen over het heelal, Professor Monnier voegde eraan toe. "Ik hoop dat hetzelfde zal gelden voor ons nieuwe instrument.

Het instrumentteam bestaat uit wetenschappers van de Universiteit van Exeter, Universiteit van Michigan, en het Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble. Het MIRC-X-project ontving financiering van de European Research Council en de University of Exeter en bouwt voort op eerdere financiering van de National Science Foundation in de VS. Het team bedankt First Light Imaging SRS voor een vruchtbare samenwerking en Fujikura Europe Ltd voor het leveren van een staal van hun optische vezels.