Australische wetenschappers hebben een nieuw type sensor ontwikkeld om de vervorming van sterrenlicht te meten en te corrigeren die wordt veroorzaakt door het kijken door de atmosfeer van de aarde. dat zou het gemakkelijker moeten maken om de mogelijkheid van leven op verre planeten te bestuderen.

Met behulp van kunstmatige intelligentie en machine learning, Optische wetenschappers van de Universiteit van Sydney hebben een sensor ontwikkeld die de 'fonkeling' van een ster kan neutraliseren die wordt veroorzaakt door warmtevariaties in de atmosfeer van de aarde. Dit zal de ontdekking en studie van planeten in verre zonnestelsels gemakkelijker maken met optische telescopen op aarde.

"De belangrijkste manier om planeten te identificeren die om verre sterren draaien, is door regelmatige dips in sterlicht te meten die worden veroorzaakt door planeten die stukjes van hun zon blokkeren, " zei hoofdauteur Dr. Barnaby Norris, die een gezamenlijke functie bekleedt als Research Fellow aan het Astrophotonic Instrumentation Laboratory van de Universiteit van Sydney en aan de University of Sydney-knoop van Australian Astronomical Optics in de School of Physics.

"Dit is echt moeilijk vanaf de grond, dus moesten we een nieuwe manier ontwikkelen om naar de sterren te kijken. We wilden ook een manier vinden om deze planeten rechtstreeks vanaf de aarde te observeren, " hij zei.

De uitvinding van het team zal nu worden ingezet in een van de grootste optische telescopen ter wereld, de 8,2-meter Subaru-telescoop op Hawaï, beheerd door de National Astronomical Observatory van Japan.

"Het is echt moeilijk om de 'twinkeling' van een ster te scheiden van de lichtdips veroorzaakt door planeten bij observatie vanaf de aarde, "Zei Dr. Norris. "De meeste waarnemingen van exoplaneten zijn afkomstig van ronddraaiende telescopen, zoals NASA's Kepler. Met onze uitvinding we hopen een renaissance in het observeren van exoplaneten vanaf de grond te lanceren."

Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Nieuwe methoden

Het gebruik van de nieuwe 'fotonische golffrontsensor' zal astronomen helpen om exoplaneten rond verre sterren vanaf de aarde direct in beeld te brengen.

In de laatste twee decennia, duizenden planeten buiten ons zonnestelsel zijn ontdekt, maar slechts een klein handjevol is rechtstreeks vanaf de aarde in beeld gebracht. Dit beperkt de wetenschappelijke verkenning van deze exoplaneten ernstig.

Het maken van een afbeelding van de planeet geeft veel meer informatie dan indirecte detectiemethoden, zoals het meten van sterlichtdips. Aardachtige planeten lijken misschien een miljard keer zwakker dan hun moederster. En het observeren van de planeet los van zijn ster is als kijken naar een munt van 10 cent in Sydney, gezien vanuit Melbourne.

Om dit probleem op te lossen, het wetenschappelijke team van de School of Physics ontwikkelde een 'photonic wavefront sensor', een nieuwe manier om de exacte vervorming veroorzaakt door de atmosfeer te meten, zodat het vervolgens duizenden keren per seconde kan worden gecorrigeerd door de adaptieve optische systemen van de telescoop.

"Deze nieuwe sensor combineert geavanceerde fotonische apparaten met deep learning en neurale netwerktechnieken om een ​​ongekend type golffrontsensor voor grote telescopen te bereiken. ' zei dokter Norris.

"In tegenstelling tot conventionele golffrontsensoren, het kan op dezelfde plaats in het optische instrument worden geplaatst waar het beeld wordt gevormd. Dit betekent dat het gevoelig is voor soorten vervormingen die onzichtbaar zijn voor andere golffrontsensoren die momenteel in grote observatoria worden gebruikt, " hij zei.

Professor Olivier Guyon van de Subaru Telescope en de Universiteit van Arizona is een van 's werelds toonaangevende experts op het gebied van adaptieve optica. Hij zei:"Dit is zonder twijfel een zeer innovatieve benadering en heel anders dan alle bestaande methoden. Het zou mogelijk een aantal belangrijke beperkingen van de huidige technologie kunnen oplossen. We werken momenteel samen met het team van de Universiteit van Sydney om dit concept bij Subaru te testen. in samenwerking met SCExAO, wat een van de meest geavanceerde adaptieve optische systemen ter wereld is."

Toepassing voorbij astronomie

De wetenschappers hebben dit opmerkelijke resultaat bereikt door voort te bouwen op een nieuwe methode voor het meten (en corrigeren) van het golffront van licht dat rechtstreeks door atmosferische turbulentie gaat in het brandvlak van een beeldvormend instrument. Dit gebeurt met behulp van een geavanceerde lichtconverter, bekend als een fotonische lantaarn, gekoppeld aan een neuraal netwerkinferentieproces.

"Dit is een radicaal andere benadering van bestaande methoden en lost verschillende belangrijke beperkingen van de huidige benaderingen op, " zei co-auteur Jin (Fiona) Wei, een postdoctorale student aan het Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory.

De directeur van het Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory in de School of Physics aan de Universiteit van Sydney, Universitair hoofddocent Sergio Leon-Saval, zei:"Terwijl we bij dit probleem zijn gekomen om een ​​probleem in de astronomie op te lossen, de voorgestelde techniek is uiterst relevant voor een breed scala aan gebieden. Het kan worden toegepast in optische communicatie, teledetectie, in-vivo beeldvorming en elk ander gebied dat betrekking heeft op de ontvangst of transmissie van nauwkeurige golffronten door een turbulent of troebel medium, zoals water, bloed of lucht."