Forskningsprojekt Sikte mot nya jordar
Planeter kring andra stjärnor än solen kallas för “exoplaneter”. De första exoplaneterna upptäcktes under 1990-talet, och sedan dess har forskningsfältet snabbt utvecklats, med i dagsläget tusentals upptäckta exoplaneter.
De instrument och tekniker som används för att upptäcka och karakterisera exoplaneter är dock ännu inte tillräckligt känsliga för att kunna upptäcka riktigt jordlika världar. Sådana planeter är särskilt intressanta eftersom de tros vara de platser i universum som är bäst lämpade för liv att kunna uppstå och utvecklas. Detta forskningsprojekt syftar till att utveckla och använda metoder för att studera tempererade planeter (temperaturer liknande jordens), för att på så vis bereda vägen till att i framtiden kunna studera helt jordlika planeter i detalj.
Projektbeskrivning
De flesta exoplaneter som hittills har upptäckts blev hittade genom att noggrant studera hur olika stjärnors ljusstyrka och spektrum varierar över tid. Om en planet passerar framför sin stjärna sett från jorden, kommer stjärnan under en tid se lite ljussvagare ut, eftersom planeten blockerar ut lite av det ljus som annars skulle ha nått jorden. Om en stjärna periodiskt uppvisar små dippar i ljusstyrkan kan man därför se det som em indikation på att en planet periodiskt passerar framför stjärnan. Denna teknik för att upptäcka exoplaneter kallas ofta för “transit-metoden“. Utöver detta påverkar också en planet sin stjärna genom sin gravitationskraft när den går i omplopp kring stjärnan, vilket genererar en liten reflexrörelse hos stjärnan. När stjärnan rör sig i riktning mot eller ifrån en observatör på jorden, skiftar stjärnans ljus sin frekvens en aning, på ett liknande sätt som en ambulanssiren tycks ändra toner när den rör sig i förhållande till en lyssnare. Mätningar av sådana frekvensskiften hos stjärnor för att upptäcka planeter kallas för “radialhastighetsmetoden”.
Både radialhastighet och transits är utmärkt lämpade för att hitta planeter som rör sig i små banor nära sina stjärnor; däremot är de betydligt mindre känsliga för planeter i vidare banor. I synnerhet för syftet att upptäcka verkligt jordlika planeter (dvs, planeter med liknande egenskaper som jorden kring stjärnor med liknande egenskaper som solen) har båda teknikerna tydliga begränsingar. För sådana syften finns istället två andra tekniker som är särskilt lovande: Astometri och direkt avbildning. Astrometry utgår från samma mekanismer som radialhastighet, men istället för att mäta frekvensskiften, mäter man istället stjärnans faktiska rörelser i himmelsplanet. Direkt avbildning använder sig av så kallade högkontrasttekniker för att separera stjärnans ljus från planetens reflekterade eller emitterade ljus - d.v.s., istället för att använda indirekta tekniker för att upptäcka planeter, får man en separat bild av planeten själv. Detta forskningsprojekt driver utveckling inom både astrometri och direkt avbildning, i syfte att bereda vägen för att göra det möjligt att upptäcka och noggrant studera verkligt jordlika planeter i framtiden.
Inom astrometri involverar projektet utveckling av ett koncept kallat “STARE”, som är en tänkt mikrosatellit med en beräknad kapacitet att upptäcka jordlika planeter kring alfa Centauri A och B, som är de två mest närliggande solliknande stjärnorna (utöver solen själv). Som en del av projektet har vi utvecklat en ny optisk komponent som fungerar som en stråldelare med extremt hög robusthet mot temperaturförändringar, och som är avsedd att bli den centrala komponenten i STARE. STARE utvecklas med sikte på att kunna inkluderas i det svenska mikrosatellitprogram som drivs av Rymdstyrelsen.
I fråga om direkt avbildning behandlar projektet flera aspekter av högkontrasttekniker för både avbildning och spektroskopi. Detta inkluderar exempelvis tekniker som använder sig av korrelationer i tidsdomãnen för att förbättra kontrastavbildning. Ett flertal nya planeter har avbildats inom de faktiska astronomiska experiment som bedrivs inom projektet. Nuvarande utvecklingsarbeten inkluderar an ny teknik för att optimera kontrast inom mätningar med hög spektralupplösning. Projektet inkluderar också mjukvaruutveckling för METIS-instrumentet, som kommer att bli ett av de första instrument att användas vid det ~40 m (spegeldiameter) stora teleskoper E-ELT som för närvarande byggs i Chile. METIS kommer att bli det första instrumentet med potentiell kapacitet att avbilda de första jordlika planeterna i beboeliga zoner kring särskilt närbelägna stjärnor, förutsatt att dessa system har sådana planeter. För att uppnå det syftet är det även nödvändigt att ha information om när och precis var observationerna skall koncentreras. Precis den informationen skulle kunna ges genom astrometri med STARE.
Projektmedlemmar
Projektansvariga
Markus Janson
Professor
Medlemmar
Markus Janson
Professor
Gayathri Viswanath
Forskningsassistent
Simon Ringqvist
Gästforskare
