Impresión artística de TOI 700d, un planeta del tamaño de la Tierra en una "zona habitable" a 100 años luz de distancia. El exoplaneta no está conectado al estudio. Crédito:NASA.
Los científicos australianos han desarrollado un nuevo tipo de sensor para medir y corregir la distorsión de la luz de las estrellas causada por mirar a través de la atmósfera de la Tierra. lo que debería facilitar el estudio de la posibilidad de vida en planetas distantes.
Usando inteligencia artificial y aprendizaje automático, Los científicos ópticos de la Universidad de Sydney han desarrollado un sensor que puede neutralizar el "centelleo" de una estrella causado por las variaciones de calor en la atmósfera terrestre. Esto facilitará el descubrimiento y estudio de planetas en sistemas solares distantes desde telescopios ópticos en la Tierra.
"La principal forma en que identificamos los planetas que orbitan estrellas distantes es midiendo caídas regulares en la luz de las estrellas causadas por planetas que bloquean partes de su sol, "dijo el autor principal, el Dr. Barnaby Norris, quien ocupa un cargo conjunto como investigador en el Laboratorio de Instrumentación Astrofotónica de la Universidad de Sydney y en el nodo de Óptica Astronómica Australiana de la Universidad de Sydney en la Facultad de Física.
"Esto es realmente difícil desde el suelo, así que necesitábamos desarrollar una nueva forma de mirar las estrellas. También queríamos encontrar una forma de observar directamente estos planetas desde la Tierra, " él dijo.
La invención del equipo ahora se implementará en uno de los telescopios ópticos más grandes del mundo, el telescopio Subaru de 8,2 metros en Hawái, operado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón.
"Es realmente difícil separar el 'centelleo' de una estrella de las caídas de luz causadas por los planetas cuando se observa desde la Tierra, "Dijo el Dr. Norris." La mayoría de las observaciones de exoplanetas provienen de telescopios en órbita, como Kepler de la NASA. Con nuestro invento, esperamos lanzar un renacimiento en la observación de exoplanetas desde el suelo ".
La investigación se publica hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
En el laboratorio de fotónica del Sydney Nanocience Hub, Universidad de Sydney. (De izquierda a derecha):Fiona (Jin) Wei, Christopher Betters, Barnaby Norris, Sergio León-Saval. Crédito:Universidad de Sydney
Métodos novedosos
El uso del nuevo 'sensor de frente de onda fotónico' ayudará a los astrónomos a obtener imágenes de exoplanetas directamente alrededor de estrellas distantes de la Tierra.
Durante las últimas dos décadas, se han detectado miles de planetas más allá de nuestro sistema solar, pero solo un pequeño puñado ha sido fotografiado directamente desde la Tierra. Esto limita severamente la exploración científica de estos exoplanetas.
Hacer una imagen del planeta proporciona mucha más información que los métodos de detección indirecta, como medir las caídas de la luz de las estrellas. Los planetas similares a la Tierra pueden parecer mil millones de veces más débiles que su estrella anfitriona. Y observar el planeta separado de su estrella es como mirar una moneda de 10 centavos en Sydney, visto desde Melbourne.
Para resolver este problema, el equipo científico de la Facultad de Física desarrolló un 'sensor de frente de onda fotónico', una nueva forma de permitir medir la distorsión exacta causada por la atmósfera, para que luego pueda ser corregido por los sistemas ópticos adaptativos del telescopio miles de veces por segundo.
"Este nuevo sensor fusiona dispositivos fotónicos avanzados con técnicas de redes neuronales y aprendizaje profundo para lograr un tipo de sensor de frente de onda sin precedentes para telescopios grandes, Dijo el Dr. Norris.
Coautora y estudiante de posgrado Fiona (Jin) Wei de la Facultad de Física de la Universidad de Sydney Crédito:Universidad de Sydney
"A diferencia de los sensores de frente de onda convencionales, se puede colocar en el mismo lugar del instrumento óptico donde se forma la imagen. Esto significa que es sensible a tipos de distorsiones invisibles para otros sensores de frente de onda que se utilizan actualmente en los grandes observatorios. " él dijo.
El profesor Olivier Guyon del Subaru Telescope y la Universidad de Arizona es uno de los principales expertos mundiales en óptica adaptativa. Dijo:"Este es sin duda un enfoque muy innovador y muy diferente a todos los métodos existentes. Podría potencialmente resolver varias limitaciones importantes de la tecnología actual. Actualmente estamos trabajando en colaboración con el equipo de la Universidad de Sydney para probar este concepto en Subaru". en conjunto con SCExAO, que es uno de los sistemas de óptica adaptativa más avanzados del mundo ".
Aplicación más allá de la astronomía
Los científicos han logrado este notable resultado al desarrollar un método novedoso para medir (y corregir) el frente de onda de la luz que atraviesa la turbulencia atmosférica directamente en el plano focal de un instrumento de imagen. Esto se hace usando un convertidor de luz avanzado, conocida como linterna fotónica, vinculado a un proceso de inferencia de red neuronal.
"Este es un enfoque radicalmente diferente a los métodos existentes y resuelve varias limitaciones importantes de los enfoques actuales, "dijo el coautor Jin (Fiona) Wei, estudiante de posgrado en el Laboratorio de Instrumentación Astrofotónica de Sydney.
El Director del Laboratorio de Instrumentación Astrofotónica de Sydney en la Facultad de Física de la Universidad de Sydney, Profesor Asociado Sergio Leon-Saval, dijo:"Si bien hemos llegado a este problema para resolver un problema en astronomía, la técnica propuesta es extremadamente relevante para una amplia gama de campos. Podría aplicarse en comunicaciones ópticas, Sensores remotos, Imágenes in vivo y cualquier otro campo que implique la recepción o transmisión de frentes de onda precisos a través de un medio turbulento o turbio. como el agua, sangre o aire ".
