Uma equipe de cientistas e engenheiros liderada por pesquisadores de Princeton relatou recentemente a operação bem-sucedida de um novo instrumento para o Telescópio Subaru no Havaí, que permitirá aos astrônomos fazer observações diretas de planetas orbitando estrelas próximas.

O instrumento, apelidado de CHARIS, foi projetado e construído por uma equipe liderada por N. Jeremy Kasdin, professor de engenharia mecânica e aeroespacial. Ele permite que os astrônomos isolem a luz refletida de planetas maiores que Júpiter e, em seguida, analisem a luz para determinar detalhes sobre o tamanho dos planetas, idade e constituintes atmosféricos. A observação recente é conhecida na comunidade astronômica como uma "primeira luz, "um primeiro teste de campo do instrumento no telescópio que demonstra que ele está operando com sucesso.

"Não poderíamos ter ficado mais satisfeitos com os resultados, "disse Kasdin." CHARIS superou todas as nossas expectativas. Não consigo elogiar nossa equipe o suficiente por seu trabalho extremamente árduo e dedicação que fizeram de CHARIS um sucesso. Está em vias de estar disponível para observações científicas a partir de fevereiro de 2017. "

CHARIS, um acrônimo para o Coronagraphic High Angular Resolution Imaging Spectrograph, faz parte de um grande esforço em astronomia para encontrar e analisar planetas orbitando estrelas distantes, conhecidos como exoplanetas. Desde a primeira descoberta de um exoplaneta em 1995, pesquisadores descobriram mais de 1, 000 desses planetas, a grande maioria vem do observatório espacial Kepler da NASA. Quase todas essas descobertas contaram com o uso de mudanças mínimas na luz estelar para identificar a presença de planetas; como resultado, essas observações não podem dizer aos cientistas muito sobre os próprios planetas.

Projetos mais recentes demonstraram a capacidade de capturar a luz refletida de um planeta e separá-la da luz que brilha diretamente de sua estrela-mãe. Esses esforços permitem que os cientistas examinem a luz e determinem a composição química da atmosfera do planeta da mesma forma que os químicos usam o espectro da luz (o comprimento de onda ou cores da luz) para analisar a composição do material em um laboratório. O projeto CHARIS faz parte desse esforço. Atualmente, CHARIS é o único espectrógrafo dedicado à pesquisa de exoplanetas em um telescópio de 8 metros no hemisfério norte.

"CHARIS é um acréscimo chave para as crescentes capacidades de imagem e caracterização de exoplanetas no Telescópio Subaru, "disse Olivier Guyon, o líder do programa de óptica adaptativa da Subaru e um membro do corpo docente da Universidade do Arizona. "Com os espectros CHARIS, agora podemos fazer muito mais do que simplesmente detectar planetas:podemos medir suas temperaturas e composições atmosféricas."

O projeto CHARIS é parte de uma colaboração de longo prazo entre Princeton, a Universidade de Tóquio e o Observatório Astronômico Nacional do Japão, que opera o telescópio Subaru em Mauna Kea, Havaí. O instrumento CHARIS foi projetado e construído em Princeton sob a direção de Tyler Groff, um ex-aluno de doutorado e pesquisador associado que trabalha com Kasdin, que agora trabalha para Goddard Space Flight Center da NASA.

"Ao analisar o espectro de um planeta, podemos realmente entender muito sobre o planeta, "Groff disse." Você pode ver características específicas que podem permitir que você entenda a massa, a temperatura, a idade do planeta. "

O espectrógrafo é lacrado em uma caixa de 500 libras medindo 30 polegadas por 30 polegadas por 12 polegadas e opera a uma temperatura de 50 graus Kelvin (-370 graus Fahrenheit). A montagem inclui nove espelhos, cinco filtros, dois conjuntos de prisma e um conjunto de microlentes - um dispositivo óptico especial com um conjunto de lentes minúsculas gravadas em sua superfície. A equipe de pesquisa levou cinco anos para concluir o CHARIS.

O espectrógrafo fica atrás de um dispositivo chamado coronógrafo, que canaliza a luz do telescópio e usa padrões de interferência para dividir a luz vinda diretamente de uma estrela da luz refletida em planetas em órbita. É um pouco como escolher a luz refletida em uma partícula de ouropel flutuando na frente de um holofote a centenas de quilômetros de distância. Os pesquisadores disseram que o alto contraste na imagem é a chave para uma observação bem-sucedida. O telescópio Subaru consegue isso através de uma combinação do instrumento CHARIS e ótica adaptativa chamada Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics. Nemanja Jovanovic, que faz parte da equipe de Guyon na Subaru, liderou esforços para integrar os dois sistemas.

CHARIS tem um campo de visão relativamente estreito. Groff disse que observa cerca de 2 arcosegundos do céu. (A lua cheia vista da Terra tem cerca de 1, 800 segundos de arco.) Mas ele tem a capacidade de tirar imagens em uma faixa muito ampla de comprimentos de onda de luz, permitindo uma análise detalhada de qualquer coisa em seu campo.

"Testamos o CHARIS no Netuno, mas o planeta inteiro nem cabe no nosso detector, "Groff disse. No entanto, o campo de visão do espectrógrafo é tão detalhado que os pesquisadores foram capazes de fazer observações interessantes de nuvens flutuando na superfície do planeta.

O projeto CHARIS foi o trabalho de uma grande equipe de pesquisadores. Kasdin e Masahiko Hayashi, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, são os investigadores principais. Além de Groff, outros membros da equipe incluíam:Michael Galvin, Michael Carr, Craig Loomis, Norman Jarosik, Johnny Greco, Robert Lupton, Edwin Turner, James Gunn e Gillian Knapp, de Princeton; Mary Anne Limbach da Limbach Optics; Nemanja Johanovic, do telescópio Subaru; Timothy Brandt, do Institute for Advanced Study; e Jeffrey Chilcote, da Universidade de Toronto.

Groff disse que tem havido um grande interesse no projeto por parte da comunidade astronômica e os pesquisadores principais agora estão revisando propostas de pesquisa.

"Há muita emoção, "ele disse." CHARIS vai abrir para a ciência em fevereiro para todos. "