Des scientifiques décrivent un télescope gravitationnel capable de photographier des exoplanètes

Depuis la découverte de la première exoplanète en 1992, les astronomes ont découvert plus de 5 000 planètes en orbite autour d’autres étoiles. Mais lorsque les astronomes découvrent une nouvelle exoplanète, nous n’apprenons pas grand-chose à son sujet : nous savons qu’elle existe et certaines caractéristiques à son sujet, mais le reste est un mystère.

Pour éviter les limitations physiques des télescopes, des astrophysiciens de l’Université de Stanford ont travaillé sur une nouvelle technique d’imagerie conceptuelle qui sera 1 000 fois plus précise que les techniques d’imagerie les plus puissantes actuellement utilisées. En tirant parti de l’effet de torsion gravitationnelle sur l’espace-temps, appelé la lentille, les scientifiques peuvent manipuler ce phénomène pour créer une imagerie bien plus avancée que n’importe quelle autre aujourd’hui.

Dans un article publié le 2 mai dans Journal astrophysiqueDes chercheurs décrivent une méthode de manipulation de l’énergie solaire lentille de gravité Pour observer les planètes en dehors de notre système solaire. En plaçant le télescope, le soleil et l’exoplanète en ligne avec le soleil au milieu, les scientifiques peuvent utiliser le champ gravitationnel du soleil pour amplifier la lumière de l’exoplanète lors de son passage. contrairement à Loupe cela contient surface courbe qui courbe la lumière, un lentille de gravité courbe Temps libre Il a réussi à photographier des objets éloignés.

« Nous voulons prendre des photos de planètes en orbite autour d’autres étoiles qui soient aussi bonnes que les photos que nous pouvons prendre des planètes de notre système solaire », a déclaré Bruce MacIntosh, professeur de physique à la Stanford University School of Humanities and Sciences. Directeur adjoint de l’Institut Kavli de physique des particules et de cosmologie (KIPAC). « Avec cette technologie, nous espérons prendre une image d’une planète à 100 années-lumière qui a le même effet que l’image de la Terre d’Apollo 8. »

Le problème pour le moment est que leur méthode proposée nécessitera plus de voyages dans l’espace que ce qui est actuellement disponible. Cependant, la promesse du concept et ce qu’il peut révéler sur d’autres planètes le rend digne d’une étude et d’un développement continus, ont déclaré les chercheurs.

Avantages du cintrage léger

La lentille gravitationnelle n’a été observée expérimentalement qu’en 1919 lors d’une éclipse solaire. La lune bloquant la lumière du soleil, les scientifiques ont pu voir des étoiles près du soleil alors qu’elles s’éloignaient de leurs emplacements connus. C’était la preuve sans équivoque que la gravité peut plier la lumière et la première preuve d’observation que la théorie de la relativité d’Einstein était correcte. Plus tard, en 1979, Von Eshleman, professeur à l’Université de Stanford, a publié une description détaillée de la façon dont les astronomes et les engins spatiaux exploitent la lentille gravitationnelle solaire. (Pendant ce temps, les astronomes, dont plusieurs de l’Institut québécois de Stanford, utilisent régulièrement la forte attraction gravitationnelle des galaxies les plus massives pour étudier l’évolution précoce de l’univers.)

Mais la technologie d’imagerie n’a été explorée en détail qu’en 2020 pour les observations planétaires. Slava Turishev du Jet Propulsion Laboratory du California Institute of Technology a décrit une technologie dans laquelle un télescope spatial peut utiliser des fusées pour balayer les rayons de lumière d’une planète afin de recréer une image claire, mais la technologie nécessite beaucoup de carburant et de temps.

Basé sur les travaux de Turishchev, Alexander Madurovich, Ph.D. Un étudiant au KIPAC, une nouvelle méthode qui permet de reconstruire la surface d’une planète à partir d’une seule image prise en regardant directement le Soleil. En capturant un anneau de lumière autour du soleil formé par une exoplanète, un algorithme conçu par Madurovic peut annuler la distorsion de la lumière de l’anneau en inversant la flexion d’une lentille gravitationnelle, transformant l’anneau en une planète circulaire.

Madurovic a démontré son travail en utilisant des images de la Terre en rotation prises par le satellite DSCOVR, situé entre la Terre et le Soleil. Ensuite, il a utilisé un modèle informatique pour voir à quoi ressemblerait la Terre à travers les effets de la torsion gravitationnelle du soleil. En appliquant son algorithme aux observations, Madurovic a pu récupérer des images de la Terre et prouver l’exactitude de ses calculs.

Afin de capturer une image d’une exoplanète à travers une lentille gravitationnelle solaire, le télescope doit être positionné au moins 14 fois plus loin du Soleil que Pluton, au-delà du bord de notre planète. système solaireEt plus loin que jamais, les humains ont envoyé un vaisseau spatial. Mais la distance est d’une fraction d’années-lumière entre le Soleil et une exoplanète.

« En décodant la lumière que le soleil plie, une image peut être créée qui dépasse de loin celle d’un télescope ordinaire », a déclaré Madurovic. « Ainsi, le potentiel scientifique est un mystère inexploité car il ouvre une nouvelle capacité d’observation qui n’existe pas encore. »

Groupe de spectateurs en dehors du système solaire

Actuellement, pour tourner un fichier planète extrasolaire Dans la décision que les scientifiques décrivent, nous aurons besoin d’un télescope vingt fois plus grand que la Terre. En utilisant la gravité du Soleil comme un télescope, les scientifiques peuvent l’exploiter comme une lentille naturelle massive. Un télescope de la taille de Hubble en combinaison avec une lentille gravitationnelle solaire serait suffisant pour imager des exoplanètes avec une puissance suffisante pour capturer des détails infimes à la surface.

« La lentille gravitationnelle solaire ouvre une toute nouvelle fenêtre d’observation », a déclaré Madurovic. « Cela permettra d’enquêter sur la dynamique détaillée des atmosphères de la planète, ainsi que sur la distribution des nuages ​​et les propriétés de surface, que nous n’avons aucun moyen de vérifier maintenant. »

Madurovic et Macintosh disent qu’il faudra au moins 50 ans avant que cette technologie ne soit déployée, et peut-être même plus. Pour adopter cela, nous aurions besoin d’un vaisseau spatial plus rapide car, avec la technologie actuelle, cela pourrait prendre 100 ans pour se rendre à l’objectif. En utilisant des voiles solaires ou le soleil comme lance-pierre gravitationnel, le temps peut être aussi court que 20 ou 40 ans. Malgré l’incertitude sur la chronologie, la possibilité de savoir si certaines exoplanètes ont des continents ou des océans, a déclaré Macintosh, la pousse. La présence de l’un ou l’autre est un indicateur fort que la vie peut exister sur une planète lointaine.

« C’est l’une des dernières étapes pour découvrir s’il y a de la vie sur d’autres planètes », a déclaré Macintosh. « En prenant une photo d’une autre planète, vous pouvez la regarder et peut-être voir des échantillons verts qui sont des forêts et des taches bleues qui sont des océans – cependant, il serait difficile de dire qu’il n’y a pas de vie. »