Onderzoekers hebben een nieuwe camera ontworpen waarmee hypertelescopen meerdere sterren tegelijk kunnen fotograferen. Het verbeterde ontwerp van de telescoop biedt de mogelijkheid om beelden met een extreem hoge resolutie te maken van objecten buiten ons zonnestelsel, zoals planeten, pulsars, bolvormige sterrenhopen en verre sterrenstelsels.

"Een multi-field hypertelescoop zou, in principe, een zeer gedetailleerd beeld van een ster vastleggen, mogelijk ook met zijn planeten en zelfs de details van de oppervlakken van de planeten, " zei Antoine Labeyrie, emeritus hoogleraar aan het Collège de France en Observatoire de la Côte d'Azur, die pionierde met het ontwerp van de hypertelescoop. "Het zou het mogelijk kunnen maken om planeten buiten ons zonnestelsel met voldoende detail te zien, zodat spectroscopie kan worden gebruikt om te zoeken naar bewijs van fotosynthetisch leven."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , Labeyrie en een multi-institutionele groep onderzoekers rapporteren optische modelleringsresultaten die bevestigen dat hun multi-veldontwerp de smalle gezichtsvelddekking van tot nu toe ontwikkelde hypertelescopen aanzienlijk kan uitbreiden.

De spiegel groter maken

Grote optische telescopen gebruiken een holle spiegel om het licht van hemelbronnen te focussen. Hoewel grotere spiegels meer gedetailleerde foto's kunnen produceren vanwege hun verminderde diffractieve verspreiding van de lichtstraal, er is een limiet aan hoe groot deze spiegels kunnen worden gemaakt. Hypertelescopen zijn ontworpen om deze beperking van de grootte te overwinnen door grote reeksen spiegels te gebruiken, die ver uit elkaar kunnen worden geplaatst.

Onderzoekers hebben eerder geëxperimenteerd met relatief kleine prototype hypertelescoopontwerpen, en een versie op ware grootte is momenteel in aanbouw in de Franse Alpen. In het nieuwe werk onderzoekers gebruikten computermodellen om een ​​ontwerp te maken dat hypertelescopen een veel groter gezichtsveld zou geven. Dit ontwerp zou op aarde kunnen worden geïmplementeerd, in een krater van de maan of zelfs op extreem grote schaal in de ruimte.

Een hypertelescoop bouwen in de ruimte, bijvoorbeeld, zou een grote vloot van kleine spiegels nodig hebben, op afstand van elkaar om een ​​zeer grote holle spiegel te vormen. De grote spiegel focust het licht van een ster of een ander hemellichaam op een apart ruimteschip met een camera en andere noodzakelijke optische componenten.

"Het ontwerp met meerdere velden is een vrij bescheiden toevoeging aan het optische systeem van een hypertelescoop, maar zou zijn capaciteiten aanzienlijk moeten vergroten, " zei Labeyrie. "Een definitieve versie die in de ruimte wordt ingezet, zou een diameter kunnen hebben die tientallen keren groter is dan de aarde en zou kunnen worden gebruikt om details te onthullen van extreem kleine objecten zoals de Crab-pulsar, een neutronenster waarvan wordt aangenomen dat hij slechts 20 kilometer groot is."

De weergave uitbreiden

Hypertelescopen gebruiken wat bekend staat als pupilverdichting om de lichtverzameling te concentreren om afbeeldingen met een hoge resolutie te vormen. Dit proces, echter, beperkt het gezichtsveld voor hypertelescopen enorm, voorkomen van de vorming van afbeeldingen van diffuse of grote objecten zoals een bolvormige sterrenhoop, exoplanetair systeem of melkwegstelsel.

De onderzoekers ontwikkelden een micro-optisch systeem dat kan worden gebruikt met de focale camera van de hypertelescoop om tegelijkertijd afzonderlijke beelden van elk interessegebied te genereren. Voor sterrenhopen, dit maakt het mogelijk om afzonderlijke beelden van elk van duizenden sterren tegelijkertijd te verkrijgen.

Het voorgestelde ontwerp met meerdere velden kan worden gezien als een instrument gemaakt van meerdere onafhankelijke hypertelescopen, elk met een verschillend gekantelde optische as die het een uniek beeldveld geeft. Deze onafhankelijke telescopen richten aangrenzende beelden op een enkele camerasensor.

De onderzoekers gebruikten optische simulatiesoftware om verschillende implementaties van een multi-field hypertelescoop te modelleren. Deze leverden allemaal nauwkeurige resultaten op die de haalbaarheid van waarnemingen op meerdere velden bevestigden.

Om de multi-field-toevoeging in hypertelescoop-prototypes op te nemen, zouden nieuwe componenten moeten worden ontwikkeld, inclusief adaptieve optische componenten om resterende optische imperfecties in het off-axis ontwerp te corrigeren. Ook ontwikkelen de onderzoekers uitlijningstechnieken en besturingssoftware zodat de nieuwe camera gebruikt kan worden bij het prototype in de Alpen. Ze hebben ook een soortgelijk ontwerp ontwikkeld voor een op de maan gebaseerde versie.