A NASA építés alatt álló Nancy Grace Roman űrtávcsöve új technológiákkal fog az űrből exobolygókra vadászni. A küldetés célja, hogy a közeli csillagok körül keringő bolygókról és porkorongokról készítsen akár ezerszer részletgazdagabb felvételeket, mint más obszervatóriumok.

Az űrteleszkóp úgynevezett koronagráfot használ, egy maszkokból, prizmákból, érzékelőkből és önbeállító tükrökből álló műszert, amelynek célja, hogy kitakarva a távoli csillagokat felfedje a körülöttük keringő bolygókat. Ennek hála a közvetlen képalkotó technológiák még jobb eredményt képesek elérni az űrből, mint a földfelszíni teleszkópok esetében.

„Látható fényben készíthetünk képeket exobolygókról a Roman koronagráfjával.” – mondta Rob Zellem (NASA JPL), aki a műszer kalibrálási tervén dolgozott. „Mindezt az űrből tesszük, ezért kisebb, idősebb és hűvösebb bolygókat láthatunk, mint általában a közvetlen képalkotással, így egy óriási ugrással kerülünk közelebb a Földhöz hasonló bolygók fényképezéséhez.”

Egy otthon távol az otthontól

Az exobolygók olyan távoliak és csillagukhoz képest olyan halványak, hogy gyakorlatilag láthatatlanok még a nagy teleszkópok számára is. Éppen ezért az eddig felfedezett exobolygókra csak a csillagukra gyakorolt hatásukon keresztül bukkanhattunk rá. A legújabb technológiai fejlesztések azonban már lehetővé teszik, hogy magukról a bolygókról visszavert fényt is detektáljuk.

Animáció arról, ahogy egy bolygó eltűnik csillagának erős fénye mellett, és ahogy a koronagráf végül felfedi. (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Labs)

A bolygólégkör fényének elemzéséből megtudhatjuk annak összetételét. Ebből pedig fény derülhet azokra a felszíni folyamatokra, amelyek a lakhatóságát befolyásolják. Mivel az élőlények általunk is érzékelhető módon változtatják meg a környezetüket, például oxigént vagy metánt termelnek, a kutatók olyan jövőbeni küldetéseket készíthetnek elő, amelyek majd az élet jeleit kereshetik.

Ha a Roman-űrtávcső koronagráfja sikeresen átmegy a technológiai demonstrációs fázison, a polarimetriás üzemmódja lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy polarizált fényben vizsgálják a csillagok korongjait, hasonlóan, mint amikor a polarizált napszemüveg blokkolja a tükröződéseket. A csillagászok polarizált képek segítségével tanulmányozzák azokat a porszemcséket, amelyek a csillagokat körülvevő korongokat alkotják, vizsgálva azok méretét, alakját és esetleg ásványi összetevőit is. A Roman-űrtávcső talán még olyan struktúrákat is felfedhet a korongokon, mint a nem látható bolygók által létrehozott rések. Ezek a mérések kiegészítik a meglévő adatokat: halványabb porkorongokat vizsgálnak a csillagukhoz jóval közelebb, amelyeket a többi teleszkóp már nem láthat.

A szakadékon át

A jelenlegi közvetlen képalkotási erőfeszítések a hatalmas, fényes bolygókra korlátozódnak. Ezek a jellemzően 100 millió évesnél fiatalabb szuper-Jupiterek: olyan fiatalok, hogy a kialakulásuk után visszamaradt hőnek köszönhetően fényesen izzanak, így infravörös fényben is érzékelhetőek. Ezek a planéták általában nagyon távol keringenek a csillaguktól, és azért fedezhetjük fel őket, mert a csillag fényét könnyebb kitakarni a távolabbi bolygók esetében. Egy kutatócsoport szerint a Roman-űrtávcső koronagráfjával kiegészíthetjük majd más távcsövek szuper-Jupiterekről készített infravörös megfigyeléseit is azáltal, hogy első alkalommal fényképezzük le őket látható fényben.

Egy nap szeretnénk Földszerű bolygókról is közvetlen képet készíteni – a Naphoz hasonló csillagok lakhatósági zónájában keringő, Földméretű kőzetbolygókról. Ehhez olyan kis, hűvös és halvány bolygókat is látnunk kell, amelyek közel keringenek a csillagukhoz. Ilyeneket a jelenlegi távcsöveinkkel nem láthatunk. A Roman-űrtávcső látható fényben készített felvételeinek hála idős, akár több milliárd éves bolygókat is megfigyelhetünk, amire korábban nem volt példa.

„A Földhöz hasonló bolygók fényképezéséhez tízezerszer jobb teljesítmény szükséges, mint amire a mai műszerek képesek.” – mondta Vanessa Bailey (JPL). „A koronagráf több százszor jobban fog teljesíteni, mint a jelenlegi műszerek, így akár Jupiterhez hasonló bolygókat is láthatunk vele, amelyek 100 milliószor halványabbak a csillaguknál.”

A HR 8799 jelű fiatal csillag körül keringő négy szuper-Jupitert bemutató animációt a hawaii Keck Obszervatórium hét felvételéből állították össze. A legközelebbi bolygó majdnem olyan közel kering a csillaghoz, mint az Uránusz a Naphoz, míg a legszélső távolabb, mint a Pluto a Naptól. A Roman-űrtávcső képes lesz közvetlen képet készíteni az idősebb, hűvösebb bolygókról. (Forrás: Jason Wang (Caltech)/Christian Marois (NRC Herzberg))

Egy kutatócsoport nemrég szimulációt készített az üpszilon Andromedae d exobolygóról, amely ideális célpont lehet a Roman-űrtávcső számára. „Ez a gázóriás kicsit nagyobb, mint a Jupiter, egy Naphoz hasonló csillag lakhatósági zónájában kering, és viszonylag közeli, csupán 44 fényévre van a Földtől.” – mondta Prabal Saxena (University of Maryland), az eredményeket bemutató szakcikk vezető szerzője. „Az az igazán érdekes, hogy a Roman segíthet feltárni az üpszilon Andromedae d légkörében lévő ködöket és felhőket, és akár a bolygó hőmérsékletét is megismerhetjük általa.”

Egy új határ megnyitása

A Roman-űrtávcső koronagráf műszere. (Forrás: NASA’s Goddard Space Flight Center)

A koronagráf több olyan korszerű részegységet fog tartalmazni, amelyek még soha nem dolgoztak űrbéli obszervatórium fedélzetén. Például speciális tervezésű koronagráf maszkokat fog használni a csillagok fényének kitakarására, hogy lehetővé tegye a halványabb, körülöttük keringő bolygók fényének vizsgálatát. Ezek a maszkok innovatív, összetett formájuk miatt hatékonyabban takarják ki a csillag fényét, mint a hagyományos társaik.

A Roman-űrtávcső koronagráfja deformálható tükrökkel is fel lesz szerelve, amelyek kiküszöbölhetik a képminőséget rontó hibákat. A speciális tükrök valós időben mérik és vonják ki a csillag fényét. A földi technikusok is küldhetnek az űrtávcsőnek parancsokat a tükrök beállítására. Így ellensúlyozhatjuk az olyan hatásokat, mint a hőmérséklet-változások, amelyek finoman módosíthatják az optika alakját.

Ezzel a technológiával a Roman-űrtávcső olyan halvány bolygókat figyelhet meg, hogy a speciális érzékelők egyenként számolják meg a másodpercenként vagy akár percenként beérkező fotonokat. Még egyik obszervatórium sem végzett látható fényben ilyen megfigyeléseket. Ez kulcsfontosságú lépést jelent a lakható bolygók felfedezése felé, és annak kiderítéséhez is, hogy egyedül vagyunk-e a Világegyetemben.

Forrás: NASA