การตามหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเราได้นำไปสู่การค้นพบผู้สมัครหลายพันคนในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นก๊าซยักษ์ที่มีขนาดตั้งแต่ซุปเปอร์จูปิเตอร์จนถึงดาวเคราะห์ขนาดเท่าเนปจูน อย่างไรก็ตามหลายคนถูกกำหนดให้เป็น“ เหมือนโลก” ในธรรมชาติซึ่งหมายความว่าพวกมันเป็นหินและโคจรอยู่ภายในเขตเอื้ออาศัยของดาวเหล่านั้น
น่าเสียดายที่การพิจารณาว่าเงื่อนไขใดที่อาจมีลักษณะเป็นพื้นผิวของมันยากเนื่องจากนักดาราศาสตร์ไม่สามารถศึกษาดาวเคราะห์เหล่านี้ได้โดยตรง โชคดีที่ทีมนานาชาตินำโดยนักฟิสิกส์ UC Santa Barbara เบนจามินมาซินได้พัฒนาเครื่องมือใหม่ที่เรียกว่า DARKNESS กล้องตัวนำยิ่งยวดนี้ซึ่งใหญ่ที่สุดและซับซ้อนที่สุดในโลกจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจจับดาวเคราะห์รอบ ๆ ดาวฤกษ์ใกล้เคียงได้
การศึกษาของทีมซึ่งมีรายละเอียดเกี่ยวกับเครื่องมือของพวกเขาในหัวข้อ“ ความมืดมน: เครื่องตรวจจับการเหนี่ยวนำด้วยไมโครเวฟ Kinetic Inductance Spectrumraph สำหรับดาราศาสตร์ที่มีความเปรียบต่างสูง” เพิ่งปรากฏใน สิ่งพิมพ์ของสมาคมดาราศาสตร์แห่งแปซิฟิก ทีมนำโดย Benjamin Mazin, Worster Chair ในฟิสิกส์ทดลองที่ UCSB และยังรวมถึงสมาชิกจากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ Fermi และมหาวิทยาลัยหลายแห่ง
โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นเรื่องยากมากสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรงเนื่องจากการรบกวนที่เกิดจากดาวฤกษ์ของพวกเขา ดังที่ Mazin อธิบายไว้ในการแถลงข่าว UCSB เมื่อเร็ว ๆ นี้ว่า“ การถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบเป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างยิ่งเพราะดาวฤกษ์นั้นสว่างกว่าดาวเคราะห์มากและดาวเคราะห์อยู่ใกล้กับดาวมาก” ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงมักไม่สามารถวิเคราะห์แสงที่สะท้อนจากชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เพื่อกำหนดองค์ประกอบของมัน
การศึกษาเหล่านี้จะช่วยวางข้อ จำกัด เพิ่มเติมว่าดาวเคราะห์นั้นน่าอยู่หรือไม่ ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ถูกบังคับให้ตรวจสอบว่าดาวเคราะห์สามารถรองรับสิ่งมีชีวิตตามขนาดมวลและระยะทางจากดาวฤกษ์ของมันหรือไม่ นอกจากนี้ยังมีการศึกษาที่ระบุว่ามีน้ำอยู่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์หรือไม่ขึ้นอยู่กับว่าบรรยากาศของมันสูญเสียไฮโดรเจนไปสู่อวกาศหรือไม่
DARK-speckle สเปกโทรโฟโตมิเตอร์ Superconducting Spectrophotometer ที่ใกล้เคียงกับพลังงานอินฟราเรด (aka DARKNESS) สเปคโตรกราฟสนามหนึ่ง 10,000 พิกเซลแรกพยายามหาทางแก้ไขนี้ เมื่อใช้ร่วมกับกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่และเลนส์ที่ปรับตัวได้จะใช้เครื่องตรวจจับการเหนี่ยวนำไมโครเวฟเพื่อวัดแสงที่มาจากดาวฤกษ์ห่างไกลอย่างรวดเร็วจากนั้นส่งสัญญาณกลับไปยังกระจกยางที่สามารถสร้างเป็นรูปร่างใหม่ 2,000 ครั้งต่อวินาที
MKIDs ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถกำหนดพลังงานและเวลาการมาถึงของแต่ละโฟตอนซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเมื่อมันมาถึงการจำแนกดาวเคราะห์จากแสงที่กระจัดกระจายหรือหักเห กระบวนการนี้ยังช่วยลดเสียงรบกวนที่อ่านและกระแสมืด - แหล่งที่มาหลักของข้อผิดพลาดในเครื่องมืออื่น ๆ - และทำความสะอาดความเพี้ยนของบรรยากาศโดยการปราบปรามแสงดาว
Mazin และเพื่อนร่วมงานได้สำรวจเทคโนโลยี MKID มาหลายปีผ่าน Mazin Lab ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของภาควิชาฟิสิกส์ UCSB อย่างที่ Mazin อธิบายไว้:
“ เทคโนโลยีนี้จะลดระดับคอนทราสต์ลงเพื่อให้เราสามารถตรวจจับดาวเคราะห์ที่จางลงได้ เราหวังว่าจะเข้าใกล้ขีด จำกัด สัญญาณรบกวนโฟตอนซึ่งจะทำให้อัตราส่วนคอนทราสต์ใกล้เคียงกับ 10-8ทำให้เราเห็นดาวเคราะห์ที่มืดกว่าดาวฤกษ์ 100 ล้านเท่า ในระดับความคมชัดเหล่านั้นเราสามารถเห็นดาวเคราะห์บางดวงในแสงสะท้อนซึ่งเปิดพื้นที่ใหม่ของดาวเคราะห์ทั้งหมดเพื่อสำรวจ สิ่งที่น่าตื่นเต้นจริงๆก็คือนี่เป็นเครื่องมือค้นหาเทคโนโลยีสำหรับกล้องรุ่นต่อไป”
DARKNESS กำลังใช้งานกล้องโทรทรรศน์ Hale ขนาด 200 นิ้วที่หอดูดาว Palomar ใกล้กับเมือง San Diego รัฐแคลิฟอร์เนียซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบเลนส์แบบปรับตัวสูง PALM-3000 และ Stellar Double Coronagraph ในช่วงปีครึ่งที่ผ่านมาทีมได้ดำเนินการวิ่งสี่ครั้งด้วยกล้อง DARKNESS เพื่อทดสอบอัตราส่วนความคมชัดและตรวจสอบให้แน่ใจว่าทำงานได้อย่างถูกต้อง
ในเดือนพฤษภาคมทีมจะกลับไปรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับดาวเคราะห์ใกล้เคียงและแสดงความก้าวหน้า หากทุกอย่างไปได้ด้วยดี DARKNESS จะกลายเป็นกล้องตัวแรกที่ได้รับการออกแบบให้เป็นดาวเคราะห์ภาพรอบ ๆ ดาวฤกษ์ประเภท M (ดาวแคระแดง) ที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งมีดาวเคราะห์หินจำนวนมากถูกค้นพบเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตัวอย่างที่น่าสังเกตมากที่สุดคือ Proxima b ซึ่งโคจรรอบระบบดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดของเรา (Proxima Centauri ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 4.25 ปีแสง)
“ ความหวังของเราคือวันหนึ่งเราจะสามารถสร้างเครื่องมือสำหรับกล้องโทรทรรศน์สามสิบเมตรที่วางแผนไว้สำหรับเมานาเคอาบนเกาะฮาวายหรือลาพัลมา” มาซินกล่าว “ ด้วยสิ่งนี้เราจะสามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์ในเขตเอื้ออาศัยของดาวมวลต่ำที่อยู่ใกล้เคียงและมองหาชีวิตในชั้นบรรยากาศของพวกเขา นั่นคือเป้าหมายระยะยาวและนี่คือขั้นตอนสำคัญในการบรรลุเป้าหมาย”
นอกเหนือจากการศึกษาดาวเคราะห์หินที่อยู่ใกล้เคียงเทคโนโลยีนี้ยังช่วยให้นักดาราศาสตร์ศึกษาพัลซาร์อย่างละเอียดและกำหนด redshift ของกาแลคซีนับพันล้านครั้งเพื่อให้สามารถตรวจวัดความเร็วของเอกภพที่กำลังขยายตัวได้เร็วขึ้น ในทางกลับกันสิ่งนี้จะช่วยให้มีการศึกษาอย่างละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับวิธีการที่จักรวาลของเราพัฒนาไปตามกาลเวลาและบทบาทของ Dark Energy
เทคโนโลยีเหล่านี้และอื่น ๆ เช่นยานอวกาศ Starshade ที่เสนอโดยองค์การนาซ่าและเครื่อง mDot ของสแตนฟอร์ดจะปฏิวัติการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า จับคู่กับกล้องรุ่นต่อไป - เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ และ Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ซึ่งเพิ่งเปิดตัวเมื่อไม่นานมานี้นักดาราศาสตร์ไม่เพียง แต่จะสามารถค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบได้มากขึ้นเท่านั้น แต่ยังสามารถจำแนกลักษณะของดาวเคราะห์เหล่านี้อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน
