SCExAO - экстремальная адаптивная оптика для поиска небольших экзопланет

Сравнение двух изображение с выключенным SCExAO (слева) и включённым (справа). Источник: NAOJ

Астрономический инструмент, установленный на телескопе «Субару» в обсерватории на коре Мауна-Кеа, специально предназначен для того, чтобы наблюдать планеты, вращающиеся вокруг других звёзд. Совсем недавно он был введён в эксплуатацию и сразу же начал показывать ошеломляющие изображения иных экзопланет. Это событие совершилось после без малого десяти лет кропотливой работы.

«Мауна-Кеа — лучшее место на планете для наблюдения экзопланет у других звёзд. А теперь мы, наконец-то, сумели спроектировать инструмент, способный по максимуму использовать возможности этого места. Полученные результаты, если говорить простым языком, захватывают дух», — доктор Тейн Керри, автор первой научной статьи с информацией об этом.

И даже не смотря на то, что первые экзопланеты в истории астрономии, вращающиеся у другой звезды, были обнаружены здесь, на Мауна-Кеа, эти открытия были совершены при помощи инструментов общего назначения. С вводом в эксплуатацию нового прибора на телескопе «Субару» под названием SCExAO (Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics), который специально предназначен и оптимизирован для отображения экзопланет с использованием экспериментальной технологии, парк приборов с применением экстремальной адаптивной оптики пополнился новой единицей. Другие новейшие приборы расположены в Чили (Gemini Planet Imager (GPI) в Обсерватории Джемини и Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research (SPHERE) на Очень Большом Телескопе (VLT)) и Аризоне (Large Binocular Telescope).

С вводом SCExAO Мауна-Кеа вновь подтверждает свою ведущую роль в прямом обнаружении и исследовании внеземных миров, вплоть до выявления тех, которые напоминают нашу Землю. До сих пор только примерно дюжина экзопланет была обнаружено непосредственно методами отображения, используя текущие системы адаптивной оптики. В этот список входят две экзопланеты от телескопа «Субару» — Каппа Андромеды b и GJ 504 b — которые от 4 до 13 раз массивнее Юпитера и расположены дальше от их звёзд, чем Нептун от нашего Солнца.

Будучи экстремальной системой адаптивной оптики, SCExAO позволяет учёным видеть экзопланеты с массами и разделением орбит намного более похожими на нашу Солнечную Систему с намного лучшей компенсацией размытия изображения из-за турбулентности воздуха в месте установки телескопа. По сравнению с прибором текущего поколения, который до недавнего времени использовался на «Субару», SCExAO в состоянии предоставить более точные и резкие изображения, с меньшей засветкой от звезды.

На полосе H (1.6 микрона) прибор SCExAO в рамках оценочной работы сумел непосредственно наблюдать планетарную систему HR 8799, планеты которой впервые в истории были обнаружены посредством применения системы адаптивной оптики. Стоит отметить, что планеты вокруг HR 8799 на этой полосе излучают слабее по сравнению с более длинными волнами. Уже существующие системы, такие как в Обсерватории Кека или на телескопе «Субару», могли обнаружить только две или три из четырёх планет. Однако технические данные, полученные SCExAO в июле 2016 года совместно со стандартной камерой HiCIAO, с лёгкостью обнаружили все четыре экзопланеты.

Звезда и система планет HR 8799 на длине волны 1.6 микрон. Изображение получено с прибором SCExAO и камерой HiCIAO (слева) и с системой адаптивной оптики NIRC2 (справа). В обоих случаях окончательное представление системы было получено путём объединения отдельных выдержек, а затем полученное сложение обработано специальным программным обеспечением, чтобы убрать гало от звезды. Орбитальное положение экзопланет разное в связи с тем, что разница между съёмкой составляет 11 лет. Источник: NAOJ

Последующие данные, полученные осенью 2016 года для системы HR 8799 с использование интегрального спектрографа CHARIS, указали на ещё более чёткое выявление внутренних трёх планет системы и получение спектров, которые позволят определить химический состав их атмосфер. Ещё более свежие данные SCExAO/CHARIS, полученные в декабре 2016 года, показывают, что отображение системы ещё больше улучшилось. Теперь этак конструкция стала настолько чувствительной, что смогла обнаружить планеты и протопланетные диски в течение одной минуты, когда системы адаптивной оптики текущего поколения достигли такого результата в течение часа.

«Получается, с SCExAO мы можем заметить не только присутствие самой планеты, но также и её характеристики, такие как облачный покров и какие молекулы составляют её атмосферу. Это всё не смотря на то, что планета может находиться на расстоянии десятков триллионов километров от Земли», — лидер проекта SCExAO Оливье Гион.

Первое открытие SCExAO

Здесь показан осколочный диск вокруг молодой звезды HD 36546, изображение получено с помощью комбинации SCExAO/HiCIAO (слева, расположен к нам ребром). Справа показана модель этого диска, повернутого плоскостью к нам. В этой модели зелёным прямоугольником обведена область диска, которая освещена рассеянным светом звезды, поэтому мы её наблюдаем на изображении слева. Источник: NAOJ

Спустя только несколько ночей после того, как SCExAO вышел на уровень экстремальной системы адаптивной оптики, этот прибор сделал своё первое открытие. В октябре 2016 года он показал первые изображения осколочного диска вокруг звезды под названием HD 36546, которая имеет две солнечные массы и находится в созвездии Тельца. Осколочный диск направлен к нам своим ребром, а расположен он от звезды на двойном расстоянии, на котором расположился пояс Койпера от Солнца. Сравнивая движение звезды HD 36546 с другими звёздными объектами в этой части неба, учёные показали, что она, вероятно, является частью молодой звёздной ассоциации, звёзды в которой родились примерно 3-10 миллионов лет назад. В таком возрасте этот осколочный диск может быть самым молодым из всех, когда-либо обнаруженных, и является очень важной космической «лабораторией» для изучения ранних стадий формирования экзопланет. Несмотря на то, что SCExAO не обнаружил здесь планет, в этой работе прибор сумел подтвердить, что у него есть чувствительность, которая соответствует и конкурирует с самыми лучшими системами адаптивной оптики.

«Мы всего лишь нажали включатель у SCExAO и моментально увидели новую планетарную систему. Будущее, которое ждёт нас после полной настройки и оптимизации прибора, будет поистине впечатляющим», — доктор Неманья Йованович.

Научно-исследовательская статья, описывающая открытие осколочного диска HD 36546, принятая для публикации в Astrophysical Journal Letters, доступна по ссылке.

Что дальше?

В 2017 году SCExAO будет дальше усовершенствоваться, что позволит прибору наблюдать ещё более слабые планеты, движущиеся по орбите намного ближе к своей звезде. А объединение SCExAO с экспериментальным сенсором, которое намечено на конец 2017 года, в конечном счете позволит обнаруживать планеты, светимость которых в 10-100 раз слабее, чем тех, которые в настоящее время можно наблюдать, включая сформировавшиеся планеты в отражённом свете. В течение 2017 года спектрограф CHARIS будет продолжать технические тесты, чтобы улучшить свои показатели. SCExAO в объединении с HiCIAO или с CHARIS, будет доступен для астрономического сообщества так же в этом году.

В долгосрочной перспективе SCExAO на телескопе «Субару» стан предшественником для тех приборов, которые будут установлены уже на телескопах нового поколения. В частности на Тридцатиметровый телескоп (Thirty Meter Telescope, TMT).

Источник: www.theuniversetimes.ru