Os pesquisadores da NASA dizem que ultrapassaram um marco importante em sua busca para amadurecer ferramentas mais poderosas para detectar e analisar diretamente a atmosfera de planetas gigantes fora do sistema solar - um dos objetivos de observação do Telescópio Espacial Infravermelho de Campo Largo proposto pela NASA, também conhecido como WFIRST.

Em testes conduzidos no High-Contrast Imaging Testbed no Jet Propulsion Laboratory da NASA, ou JPL, em Pasadena, Califórnia - um dos mais avançados bancos de ensaio do mundo - os pesquisadores criaram o que chamam de uma região de contraste muito profundo entre uma estrela simulada e seu planeta. Eles também demonstraram a capacidade de detectar e analisar a luz fraca do planeta sobre uma porção relativamente grande da faixa de comprimento de onda do visível ao infravermelho próximo.

Um instrumento desenvolvido por cientistas do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland — the Prototype Imaging Spectrograph for Coronagraphic Exoplanet Studies, ou PISCES - desempenhou um papel importante na demonstração, mostrando que poderia separar a luz de um ou mais exoplanetas do tamanho de Júpiter por seu comprimento de onda (cor) e registrar os dados em todas as posições ao redor de uma estrela.

Para apreciar o marco dos pesquisadores, é importante compreender o próprio desafio.

A luz desses planetas é extremamente fraca - mais fraca do que suas estrelas hospedeiras por um fator de 100 milhões ou mais, e de nossa perspectiva na Terra, esses planetas parecem muito próximos de suas estrelas. Com uma câmera de imagem convencional, a luz do planeta se perde no brilho da estrela. Contudo, com um coronógrafo - um dispositivo que suprime o brilho e cria uma zona escura ao redor de uma estrela - a luz fraca de um exoplaneta pode ser revelada.

Trabalhando em conjunto com o coronógrafo, um espectrógrafo de campo integral, ou IFS, como PISCES, seria capaz de separar a luz do exoplaneta por seu comprimento de onda e registrar os dados, revelando detalhes sobre as propriedades físicas do planeta, incluindo a composição química e estrutura de sua atmosfera.

Durante o teste, a equipe Goddard-JPL manteve um contraste muito profundo sobre 18 por cento da banda de comprimento de onda do coronógrafo - um recorde que é um bom presságio para missões futuras como WFIRST, que tem como base um coronógrafo e um instrumento do tipo IFS na missão. (Para colocar isso em perspectiva, o olho humano pode ver todo o espectro visível de cores, de azul para vermelho, o que corresponde a uma passagem de banda de 50 por cento. Em comparação, um apontador laser tem uma única cor, que é muito menor do que um por cento.)

"Alcançar um contraste tão profundo em relação a uma banda tão larga nunca foi feito antes e foi um de nossos objetivos. Idealmente, gostaríamos de observar todo o espectro do planeta - em outras palavras, veja todas as suas cores de uma vez - mas isso ainda não é possível com as tecnologias coronográficas atuais. Dezoito por cento, como demonstrado por PISCES, é o estado da arte atual, "disse o cientista Goddard e cientista de instrumentos PISCES Michael McElwain. Em comparação, O coronógrafo de laboratório do JPL manteve o mesmo nível de contraste escuro em mais de 10 por cento das bandas de comprimento de onda óptico antes do comissionamento do PISCES de mesa no ano passado.

"Ainda não terminamos e ainda estamos tentando obter contrastes maiores, mas 100 milhões para um em 18 por cento da banda de comprimento de onda óptica é um marco importante e significativo, "disse Maxime Rizzo, um estudante de pós-doutorado que está trabalhando com McElwain e sua equipe para promover o PISCES. "Com o aumento do passa-banda, podemos obter muitas cores de uma vez. Isso nos permite identificar mais moléculas nas atmosferas e ter uma visão geral. "

PEIXES, que McElwain desenvolveu com financiamento do programa de Pesquisa e Desenvolvimento Interno de Goddard e da prestigiosa Nancy Grace Roman Technology Fellowship, separa a luz de maneira um pouco diferente do que os espectrógrafos mais tradicionais.

Como um dispositivo do tipo IFS, PISCES pega uma imagem coronografica e faz a amostragem com uma matriz de micro-lentes composta de mais de 5, 800 minúsculos segmentos de vidro não maiores do que a largura de três fios de cabelo humanos. A microlente cria uma série de "pontos" que são então dispersos por um prisma e, finalmente, re-imageados em um detector. Na prática, cada micro-lente, ou lenslet, isola uma pequena parte da imagem coronográfica, criando microespectros para a luz que passa através de cada lente minúscula. Os múltiplos espectros são então combinados em um cubo de dados que os cientistas analisam.

O IFS fornece todas as informações de comprimento de onda simultaneamente em todo o campo de visão. Com observações de imagens mais tradicionais, os cientistas devem percorrer os diferentes comprimentos de onda, o que leva tempo e requer um mecanismo para mudar os filtros - requisitos não desejáveis ​​com um observatório orbital que tem tempo limitado para gastar em um alvo. O próprio sistema óptico muda ao longo do tempo devido a variações térmicas e dinâmicas, ressaltando ainda mais a necessidade de observações espectrais simultâneas.

"É por isso que os planejadores do WFIRST basearam o espectrógrafo do tipo IFS em primeiro lugar, "Disse Rizzo." Neste caso, PISCES ofereceu informações sobre um total de 18 por cento do passa-banda, em vez dos tradicionais 10 por cento que foram demonstrados no JPL sem um IFS. O PISCES mostrou que poderia possibilitar mais ciência. "

Mesmo que a equipe tenha demonstrado o contraste profundo em uma porção maior do passa-banda do visível ao infravermelho próximo, e ao fazer isso, elevou o nível de prontidão da tecnologia, o trabalho permanece, disse Avi Mandell, o cientista do projeto WFIRST IFS. "O sucesso abriu todas as novas idéias de supressão da luz das estrelas que queremos testar."