A busca por planetas além do nosso Sistema Solar levou à descoberta de milhares de candidatos nas últimas décadas. A maioria destes são gigantes gasosos que variam em tamanho, desde super-Júpiteres até planetas do tamanho de Netuno. No entanto, vários também foram determinados como "parecidos com a Terra", o que significa que são rochosos e orbitam dentro das respectivas zonas habitáveis de suas estrelas.
Infelizmente, é difícil determinar como podem ser as condições em suas superfícies, já que os astrônomos são incapazes de estudar esses planetas diretamente. Felizmente, uma equipe internacional liderada pelo físico da UC Santa Barbara, Benjamin Mazin, desenvolveu um novo instrumento conhecido como DARKNESS. Essa câmera supercondutora, que é a maior e mais sofisticada do mundo, permitirá que os astrônomos detectem planetas em torno de estrelas próximas.
O estudo da equipe que detalha seu instrumento, intitulado "ESCURIDÃO: Espectrógrafo de Campo Integral de Detector de Indutância Cinética de Microondas para Astronomia de Alto Contraste", apareceu recentemente no Publicações da Sociedade de Astronomia do Pacífico. A equipe foi liderada por Benjamin Mazin, presidente da Worster em Física Experimental da UCSB, e também inclui membros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, do Laboratório Acelerador Nacional Fermi e de várias universidades.
Essencialmente, é extremamente difícil para os cientistas estudar exoplanetas diretamente por causa da interferência causada por suas estrelas. Como Mazin explicou em um recente comunicado de imprensa da UCSB, "tirar uma foto de um exoplaneta é extremamente desafiador, porque a estrela é muito mais brilhante que o planeta e o planeta está muito próximo da estrela". Dessa forma, os astrônomos geralmente não conseguem analisar a luz refletida na atmosfera de um planeta para determinar sua composição.
Esses estudos ajudariam a colocar restrições adicionais sobre se um planeta é ou não potencialmente habitável. Atualmente, os cientistas são forçados a determinar se um planeta pode sustentar a vida com base em seu tamanho, massa e distância da estrela. Além disso, foram realizados estudos que determinaram se a água existe ou não na superfície de um planeta com base em como sua atmosfera perde hidrogênio no espaço.
O espectrofotômetro supercondutor com resolução de energia de infravermelho próximo com manchas escuras (DARKNESS), o primeiro espectrógrafo de campo integral de 10.000 pixels, procura corrigir isso. Em conjunto com um grande telescópio e óptica adaptativa, ele usa detectores de indutância cinética por microondas para medir rapidamente a luz vinda de uma estrela distante e envia um sinal de volta para um espelho de borracha que pode se transformar em uma nova forma 2.000 vezes por segundo.
Os MKIDs permitem que os astrônomos determinem a energia e o tempo de chegada de fótons individuais, o que é importante quando se trata de distinguir um planeta da luz dispersa ou refratada. Esse processo também elimina o ruído de leitura e a corrente escura - as principais fontes de erro em outros instrumentos - e limpa a distorção atmosférica suprimindo a luz das estrelas.
Mazin e seus colegas exploram a tecnologia MKIDs há anos através do Mazin Lab, que faz parte do Departamento de Física da UCSB. Como Mazin explicou:
“Essa tecnologia reduzirá o piso de contraste para que possamos detectar planetas mais fracos. Esperamos aproximar-se do limite de ruído do fóton, o que nos dará taxas de contraste próximas a 10-8, permitindo ver planetas 100 milhões de vezes mais fracos que a estrela. Nesses níveis de contraste, podemos ver alguns planetas na luz refletida, o que abre um novo domínio de planetas para explorar. O mais interessante é que este é um descobridor de tecnologia para a próxima geração de telescópios. ”
A DARKNESS agora está operacional no telescópio Hale de 200 polegadas no Observatório Palomar, perto de San Diego, Califórnia, onde faz parte do sistema de óptica adaptativa extrema PALM-3000 e do Stellar Double Coronagraph. Durante o último ano e meio, a equipe realizou quatro corridas com a câmera DARKNESS para testar sua taxa de contraste e garantir que ela esteja funcionando corretamente.
Em maio, a equipe retornará para reunir mais dados sobre planetas próximos e demonstrar seu progresso. Se tudo der certo, a DARKNESS se tornará a primeira de muitas câmeras projetadas para fotografar planetas em torno de estrelas próximas do tipo M (anã vermelha), onde muitos planetas rochosos foram descobertos nos últimos anos. O exemplo mais notável é o Proxima b, que orbita o sistema estelar mais próximo do nosso (Proxima Centauri, a aproximadamente 4,25 luz anos).
"Nossa esperança é que um dia possamos construir um instrumento para o Telescópio de Trinta Metros planejado para Mauna Kea na ilha do Havaí ou La Palma", disse Mazin. "Com isso, poderemos tirar fotos de planetas nas zonas habitáveis de estrelas de baixa massa próximas e procurar vida em suas atmosferas. Esse é o objetivo a longo prazo e este é um passo importante para isso. "
Além do estudo de planetas rochosos próximos, essa tecnologia também permitirá que os astrônomos estudem pulsares com mais detalhes e determinem o desvio para o vermelho de bilhões de galáxias, permitindo medições mais precisas de quão rápido o Universo está se expandindo. Isso, por sua vez, permitirá estudos mais detalhados de como nosso Universo evoluiu ao longo do tempo e do papel desempenhado pela Energia Negra.
Essas e outras tecnologias, como a espaçonave Starshade proposta pela NASA e o ocultador mDot de Stanford, revolucionarão os estudos de exoplanetas nos próximos anos. Emparelhado com telescópios da próxima geração - como o Telescópio Espacial James Webb e a Satélite de pesquisa em trânsito do Exoplanet (TESS), lançado recentemente - os astrônomos não apenas poderão descobrir mais como os exoplanetas, mas também poderão caracterizá-los como nunca antes.
