De jacht op aardachtige planeten, en misschien buitenaards leven, ben net wat preciezer geworden, dankzij record-setting sterrenlichtmetingen mogelijk gemaakt door een "astrocomb" van het National Institute of Standards and Technology (NIST).

NIST's op maat gemaakte frequentiekam - die nauwkeurig frequenties meet, of kleuren, van licht - zorgt voor de precisie van sterlichtanalyse door een instrument dat een spectrograaf wordt genoemd bij de Hobby-Eberly Telescope in Texas. Het project is een samenwerking tussen NIST, de Universiteit van Colorado Boulder (CU) en de Pennsylvania State University, de primaire partner in de telescoop en spectrograaf.

Het nieuwe kamapparaat biedt voor het eerst de precisie die nodig is voor het ontdekken en karakteriseren van planeten rond M-dwergsterren, die 70 procent van de sterren in de melkweg omvatten en die overvloedig aanwezig zijn in de buurt van de aarde, rapporteerde het onderzoeksteam in optiek .

"Dankzij de kam konden onze collega's in Penn State onmiddellijk metingen doen die ze anders niet zouden kunnen maken. "NIST-collega Scott Diddams zei. "Deze verbeterde gereedschappen zouden ons in staat moeten stellen bewoonbare planeten te vinden rond de meest alomtegenwoordige sterren in onze melkweg."

De kernoven van een ster straalt wit licht uit, die wordt gewijzigd door elementen in de atmosfeer die bepaalde smalle kleurbanden absorberen. Om planeten in een baan om verre sterren te zoeken, astronomen zoeken naar periodieke veranderingen in deze karakteristieke "vingerafdruk, " dat is, zeer kleine variaties in de schijnbare kleuren van sterrenlicht in de tijd. Deze oscillaties in kleur worden veroorzaakt doordat de ster heen en weer wordt getrokken door de zwaartekracht van een onzichtbare planeet in een baan om de aarde. Deze schijnbare wiebeling is subtiel, en metingen worden beperkt door de frequentienormen die worden gebruikt om spectrografen te kalibreren.

Honderden exoplaneten zijn ontdekt met behulp van sterwobbelanalyse, maar een planeet met een massa die vergelijkbaar is met die van de aarde en die op precies de juiste afstand van een ster draait - in de zogenaamde "Goldilocks-zone" - is moeilijk te detecteren met conventionele technologie.

Gegevens verzameld door het onderzoeksteam van NIST-CU-Penn State tonen aan dat de astrokam het mogelijk zal maken om planeten met een massa van de aarde te detecteren die kleurverschuivingen veroorzaken die gelijk zijn aan het wiebelen van een ster van ongeveer 1 meter per seconde - de geschatte snelheid van een persoon die over een Kamer, en minstens 10 keer beter dan eerder bereikt in het infrarode gebied van het elektromagnetische spectrum. Infrarood licht is het belangrijkste type dat wordt uitgezonden door M-dwergsterren.

In de afgelopen 20 jaar, NIST-onderzoekers in Boulder, Colorado, eerst uitgevonden en vervolgens pionierde verdere vooruitgang in optische frequentiekammen. De kam geleverd aan Texas is uniek in het hebben van ongeveer 5, 000 wijd uit elkaar geplaatste "tanden, " of specifieke kleurkalibratiepunten. Het is afgestemd op de leescapaciteit van Penn State's Habitable Zone Planet Finder-spectrograaf en overspant de beoogde infraroodgolflengteband van 800-1300 nm. Slechts 60 bij 152 vierkante centimeter groot en gemaakt van relatief eenvoudige commerciële componenten, de kam is ook robuust genoeg om continu gebruik op een afgelegen locatie te weerstaan.

Door licht op maat te leveren aan de spectrograaf, de NIST-kam werkt als een zeer nauwkeurige liniaal om exacte kleuren in de vingerafdruk van een ster te kalibreren en te volgen en om periodieke variaties te detecteren. De Kam, gemaakt met nieuwe elektro-optische lasertechnologie, levert sterke signalen bij nauwkeurig gedefinieerde doelfrequenties die kunnen worden herleid tot internationale meetnormen.

Het project is al jaren in de maak. Het onderzoeksteam van NIST-CU-Penn State deed in 2012 een testrun die de belofte van de nieuwe aanpak liet zien. De nieuwe kam werd afgeleverd en zag "eerste licht, " zoals ze in de astronomie zeggen, in februari 2018, en draait sinds mei 2018 elke nacht. De nieuwe kam heeft een breder lichtbereik en is stabieler dan de eerdere demoversie.

Hoewel het idee om frequentiekammen te gebruiken om planeten te ontdekken veel belangstelling heeft gewekt over de hele wereld, de nieuwe NIST-astrokam is de eerste die in gebruik is bij nabij-infrarode golflengten. Andere kammen die momenteel op een telescoop werken, zoals de High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) in Chili, zijn gewijd aan metingen van zichtbaar licht.