Bu sanatçının tasarımı, uzayda tamamen açılmış James Webb Uzay Teleskobu’nu gösteriyor. Kredi bilgileri: Adriana Manrique Gutierrez, NASA Animatörü
Ötegezegenlerin incelenmesi, araştırmanın merkezi bir yönüdür. James Webb Uzay Teleskobubilimsel hedefleri. NASA NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nden Gözlemevi Projesi Bilim Adamı Yardımcısı Christopher Stark’ı Webb’in bu uzak dünyaları araştırmak için kullandığı yöntemlerden biri hakkındaki görüşlerini paylaşmaya davet etti.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, dış gezegenler olarak bilinen diğer yıldızların yörüngesinde dönen gezegenleri incelemek için birçok farklı gözlem moduna sahiptir. Özellikle bir yol, Webb’in şunları yapabilmesidir: doğrudan tespit bu gezegenlerden bazıları Diğer yıldızların etrafındaki gezegenleri doğrudan tespit etmek kolay bir iş değil. En yakın yıldızlar bile o kadar uzaktalar ki, gezegenleri birbirinden kol mesafesinde tutulan bir insan saçı kadar kısa bir mesafeyle ayrılmış gibi görünüyor. Bu küçük açısal ölçeklerde, gezegenin zayıf ışığı, onu gözlemlemeye çalışırken ev sahibi yıldızının parıltısında kaybolur.
Neyse ki, Webb bu iş için doğru araçlara sahiptir: Yakın Kızılötesi Kamera (NIRCam) ve Orta Kızılötesi Alet (MIRI) korografik modları. Webb’in koronagrafları, uzak bir yıldızdan gelen ışığı engellerken, zayıf gezegen ışığının sensörlerine ulaşmasına izin veriyor. Webb çok daha gösterişli bir “vizör” kullansa da bu, önümüzde duran arabaları görmek için gün batımı veya gün doğumu sırasında arabamızın vizörünü kullanma şeklimizden farklı değil.
Dış gezegen HIP 65426’nın Webb NIRCam ve MIRI koronografik görüntüleri b. Beyaz yıldız sembolü, koronagraflar tarafından bloke edilen yıldızın yerini gösterir. Ötegezegen, gözbebeği düzlemi korograf maskeleri nedeniyle Webb’in ayırt edici özelliği olan altı çivili kırınım modelini göstermiyor. Kredi: ASA/ESA/CSA, A Carter (UCSC), ERS 1386 ekibi ve A. Pagan (STScI).
Işığın Webb’in optiklerinden geçtiği yol boyunca, “uçaklar” adı verilen birkaç önemli konum vardır. “Görüntü düzlemi”, tüm astrofiziksel nesneler dahil olmak üzere uzak gökyüzünün odaklandığı yerdir. “Gözbebeği düzlemi”, Webb’in “selfie”sini yapmak için kullanılan birincil aynanın yüzeyinin odakta olmasını sağlar. Webb’in tüm koronagrafları, performansı optimize etmek için hem görüntüde hem de gözbebeği düzlemlerinde istenmeyen yıldız ışığını fiziksel olarak gizler. Webb’in opak noktalara veya çubuklara benzeyen görüntü düzlem maskelerinin çoğu, yıldız ışığını görüntüde engelleyerek ortadan kaldırır. Bunun istisnası, MIRI’nin ışık dalgasının bir bölümünün dalga tepelerini kaydıran ve böylece “yıkıcı girişim” adı verilen bir süreçle başka bir parçayla birbirini yok eden “dört çeyrek faz maskeleri”dir.
Solda: NIRCam’ın iki kama biçimli çubuk ve üç yuvarlak noktadan (soldan sağa) oluşan korografik görüntü düzlem maskesi donanımı. Sağda: MIRI’nin üç faz kaydırmalı dört kadran faz maskesi ve bir yuvarlak noktadan (soldan sağa) oluşan dört koronografik görüntü düzlem maskesi donanımı. Kredi bilgileri: NASA
Ancak ışığın dalga yapısı nedeniyle görüntü düzlem maskeleri yıldızı tamamen engelleyemez. Bu nedenle Webb, ek gözbebeği düzlem maskeleri kullanır. Lyot durakları, kalan yıldız ışığının çoğunu kaldırmak için. Bu gözbebeği düzlem maskeleri, altıgen birincil aynadan (teleskop “gözbebeği”) çok farklı görünür. Sonuç olarak, koronagraflarla görüntülenen nesneler, yukarıdaki gözlemlerde gösterildiği gibi, Webb’in ayırt edici özelliği olan altı çivili kırınım modelini sergilemez.
Yuvarlak görüntü düzlem maskesi (solda) ve çubuk görüntü düzlem maskesi (sağda) için NIRCam’ın gözbebeği düzlem maskesi/Lyot durağının çizimi. Maske yoluyla bulaşma beyaz bölgelerle sınırlıdır. Webb’in teleskop gözbebeği, karşılaştırma için gri renkte gösterilmiştir. Kredi: Mao ve diğerleri. 2011
Webb’in NIRCam cihazı, her biri 1,7 ila 5 mikron arasında değişen farklı dalga boylarında gözlem yapmak üzere yapılandırılabilen beş korografik maskeye sahiptir. Webb’in MIRI cihazı, 10 ila 23 mikron arasında sabit dalga boylarında çalışan dört koronografik maskeye sahiptir. Koronagraflar, yıldızdan 0,13 yay saniyesi kadar yakın ve yıldızdan yaklaşık 30 yay saniyesi kadar uzaktaki nesneleri gözlemleyebilir; bu, kabaca birkaç Astronomik Birimden (au) yakın yıldızların etrafındaki yüzlerce au’ya kadar değişen yıldız ötesi mesafelere dönüşür. Bir AU, Dünya ile Güneş arasındaki mesafeye eşittir.
Maskelere rağmen, Webb’in koronagrafları bir yıldızın ışığını mükemmel bir şekilde ortadan kaldırmıyor. Son ışık kalıntılarını ortadan kaldırmak için Webb’in astronomları, çeşitli “nokta yayılma fonksiyonu (PSF) çıkarma yöntemlerini” dikkatli bir şekilde kullanacaklar. Basitçe söylemek gerekirse, bu, artık yıldız ışığının modelini ölçmek ve ardından onu bilim görüntüsünden çıkarmak anlamına gelir. Sonunda geriye kalan, algılanabilir en sönük görüntüyü sınırlayan gürültülü görünümlü bir modeldir. ötegezegen. Bu sınır, algılanabilir en sönük gezegen ile yıldız arasındaki parlaklık oranı olan “karşıtlık” cinsinden ifade edilir. Devreye alma sırasında, Webb’in NIRCam ve MIRI koronagrafları 10’dan daha iyi kontrastlar gösterdi.-5 ve 10-4 sırasıyla 1 yay saniyesi ayırmada.
Solda: MIRI F1065C koronagrafı ile bastırmadan sonra artık yıldız ışığının örnek görüntüsü. Sağda: Kalan yıldız kalıntılarının çoğunu kaldıran PSF çıkarımından sonraki aynı görüntü. Yıldız görüntünün merkezinde yer almaktadır. Görüntünün ortasındaki siyah ve sarı desen, bir gözlemde saptanabilen en sönük gezegeni gösteriyor. Kredi bilgileri: Boccaletti ve ark. (2022)
Webb’in büyük birincil ayna ve kızılötesi yetenekleri, koronagraflarının kızılötesinde sönük nesneleri incelemek için benzersiz bir şekilde uygun olduğu ve Hubble’ın STIS koronagrafı ve yer tabanlı gözlemevlerindeki çoklu aletler dahil olmak üzere şu anda diğer dalga boylarında gözlem yapan diğer cihazları tamamlayacağı anlamına gelir. Ötegezegen astronomları, yukarıda gösterilenler gibi, 5 mikrondan daha uzun dalga boylarında bir ötegezegenin ilk görüntüleri olan, oluşmaktan henüz sıcak olan dev güneş dışı gezegenleri saptamak için esas olarak Webb’in koronagraflarını kullanacaklar. Webb ayrıca, bu ötegezegen sistemlerindeki asteroitler ve kuyruklu yıldızlar tarafından üretilen yoğun yıldız ötesi diskleri ve ayrıca gezegenlerin hala oluşmaya başladığı protogezegen disklerini görüntülemede başarılı olacaktır. Webb’in koronagrafları, parlak aktif galaktik çekirdekler içeren ev sahibi galaksileri incelemek için galaksi dışı astronomi için bile kullanılabilir.
Webb’in koronagrafları ortaya çıkaramayacak Tümü bir gezegen sisteminin sırları. Yakındaki Güneş benzeri yıldızların etrafındaki gezegenleri bizimki gibi hayal edebilmek için, yıldıza daha da yakın gözlemler yapmamız ve gezegenleri sadece tespit edebilmemiz gerekecek. bir on milyarıncı yıldızın parlaklığı. Bu, yeni nesil koronagraflar etrafında tamamen optimize edilmiş bir gelecek görevi gerektirecektir. Neyse ki, NASA zaten araştırıyor. Ajansın yaklaşmakta olan Nancy Grace’i Roma Uzay Teleskobu yeni nesil koronagraf teknolojisini test etmek için bir teknoloji tanıtım aleti taşıyacak. Ve 2020 Astrophysics Decadal Survey’in tavsiyelerini takiben NASA, Webb kadar büyük olacak, Hubble ile aynı dalga boylarında çalışan, ancak diğer yıldızların etrafında gerçekten Dünya benzeri ötegezegenler bulun ve yaşam belirtileri için onları arayın.
Webb gözlemevi projesi bilim adamı yardımcısı Christopher Stark, NASA Goddard tarafından yazıldı.