Un equipo de astrónomos dirigido por investigadores de Penn State ha desarrollado difusores que modelan el haz (pequeñas piezas de vidrio grabado que se pueden montar en telescopios) que aumentan la calidad de las observaciones fotométricas terrestres. El equipo de investigación probó los difusores en el telescopio ARC de 3,5 m en el Observatorio Apache Point en Nuevo México (izquierda), el telescopio Hale de 5 m en el Observatorio Palomar (centro), y el telescopio de 0,6 m del Observatorio Davey Lab en Penn State (derecha). Crédito:Gudmundur Stefansson; centro:Observatorio Caltech / Palomar.
Un nuevo La conexión de bajo costo a los telescopios permite una precisión previamente inalcanzable en las observaciones terrestres de exoplanetas, planetas más allá de nuestro sistema solar. Con el nuevo archivo adjunto, Los telescopios terrestres pueden producir mediciones de la intensidad de la luz que compiten con las observaciones fotométricas de la más alta calidad desde el espacio. Astrónomos de Penn State, en estrecha colaboración con los laboratorios de nanofabricación de RPC Photonics en Rochester, Nueva York, crearon difusores personalizados de "forma de haz" —dispositivos microópticos cuidadosamente estructurados que esparcen la luz entrante a través de una imagen— que son capaces de minimizar las distorsiones de la atmósfera terrestre que pueden reducir la precisión de las observaciones terrestres. Un artículo que describe la efectividad de los difusores aparece en línea el 5 de octubre de 2017, en el Diario astrofísico .
"Esta tecnología económica ofrece una alta precisión fotométrica en las observaciones de exoplanetas a medida que transitan, cruzan frente a, las estrellas brillantes que orbitan, "dijo Gudmundur Stefansson, estudiante de posgrado en Penn State, Becario de Ciencias de la Tierra y el Espacio de la NASA, y autor principal del artículo. "Esta tecnología es especialmente relevante considerando el inminente lanzamiento del Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA a principios de 2018. Depende de las instalaciones terrestres realizar un seguimiento rápido y confiable de los planetas candidatos identificados por TESS".
Los difusores son pequeñas piezas de vidrio que se pueden adaptar fácilmente para montar en una variedad de telescopios. Debido a su bajo costo y adaptabilidad, Stefansson cree que la fotometría asistida por difusores permitirá a los astrónomos aprovechar al máximo la información de TESS, confirmando nuevos candidatos a planetas desde el suelo.
"Los difusores con forma de haz se fabrican mediante un proceso de nanofabricación preciso, "dijo Suvrath Mahadevan, profesor asociado de astronomía y astrofísica en Penn State y autor del artículo, "donde un patrón de superficie cuidadosamente diseñado se escribe con precisión en un polímero plástico sobre una superficie de vidrio o se graba directamente en el vidrio mismo. El patrón consiste en estructuras precisas a microescala, diseñado para moldear la entrada de luz variable de las estrellas en una forma de salida amplia y estable predefinida distribuida en muchos píxeles en la cámara del telescopio ".
Izquierda:la luz de un puntero láser se transforma en una salida amplia y estable utilizando un difusor modelador de haz. Un patrón cuidadosamente diseñado se moldea con precisión en polímeros plásticos o directamente en un sustrato de vidrio, creando microestructuras en la superficie del difusor (recuadro). Derecha:El difusor instalado en el telescopio ARC de 3,5 m en el Observatorio Apache Point. Crédito:RPC Photonics; derecha:Gudmundur Stefansson
El equipo de investigación probó la nueva tecnología de difusores "en el cielo" en el telescopio Hale en el Observatorio Palomar en California. el telescopio de 0,6 m en el Observatorio Davey Lab en Penn State, y el telescopio ARC de 3,5 m en el Observatorio Apache Point en Nuevo México. En todos los casos, Las imágenes producidas con un difusor eran consistentemente más estables que las que usaban métodos convencionales:mantenían un tamaño relativamente consistente, forma, e intensidad, que es integral para lograr mediciones de alta precisión. El uso de un telescopio enfocado sin difusor produce imágenes que fluctúan en tamaño e intensidad. Un método común de "desenfocar" el telescopio (desenfocar deliberadamente la imagen para esparcir la luz) produjo una precisión fotométrica más alta que las observaciones enfocadas. pero aun así creaba imágenes que fluctuaban en tamaño e intensidad.
"Las observaciones difusas son, con mucho, las más estables", dijo Ming Zhao, científico de datos en The New York Times y ex investigador asociado en Penn State que dirigió el esfuerzo del difusor en el telescopio Hale de 5 m en Palomar.
Dando forma a la salida de luz, el difusor permite a los astrónomos superar el ruido creado por la atmósfera terrestre. "Las imágenes estables y suaves entregadas por los difusores son esenciales para minimizar los efectos adversos de la atmósfera turbulenta en nuestras mediciones, y en maximizar nuestra precisión, "dijo Zhao.
"Esta tecnología funciona en una amplia gama de longitudes de onda, desde el óptico (visible para los humanos) hasta el infrarrojo cercano, "dijo Jason Wright, profesor asociado de astronomía y astrofísica en Penn State y autor del artículo. "Como tal, Los difusores se pueden utilizar para una amplia gama de ciencia de exoplanetas. Podemos usarlos para medir con precisión los tiempos en que los mundos exoplanetarios transitan sus estrellas, que nos ayudará a medir sus masas y composiciones, e incluso encontrar nuevos planetas en sus sistemas; y podemos usarlos para estudiar las estructuras de temperatura de las atmósferas de los planetas gigantes ".
El equipo de investigación ya está estableciendo colaboraciones para implementar esta tecnología en otros telescopios de todo el mundo. "Nuestro objetivo es equipar a la comunidad de exoplanetas en general con herramientas de precisión de bajo costo para ofrecer mediciones precisas que ayuden a futuras observaciones en la ciencia de los exoplanetas, "dijo Stefansson.
