Ett gravitationsteleskop önskas

 

Sedan 1992 har astronomer upptäckt mer än 5 000 planeter som kretsar kring  stjärnor. Men när astronomer upptäcker en ny exoplanet lär vi oss inte mycket om den: vi upptäcker att den finns och några funktioner som om det är en gasplanet eller ej, dess storlek men mer är det oftast inte

För att kringgå de fysiska begränsningarna hos dagens teleskop har astrofysiker vid Stanford University arbetat med en ny konceptuell bildteknik som skulle vara 1000 gånger mer exakt än den starkaste bildteknik som finns för närvarande. Genom att dra nytta av gravitationens förvrängningseffekt på rymdtiden så kallad gravitational lensing (något jag visat exempel på i denna blogg några gånger då man kunnat se en enskild stjärna och dess planet i en galax utanför vintergatan, (min anm. se en bra förklaring här av NASA på en naturlig sådan) 

 Med denna metod kan forskare potentiellt manipulera detta fenomen för att skapa avbildning som är mycket mer avancerad än någon som finns  idag.

I en artikel  publicerad den 2 maj i The Astrophysical Journal beskriver forskarnaen möjlighet att manipulera solens gravitationslinsning för syftet att se planeter utanför vårt solsystem. Genom att placera ett teleskop i linje med solen och exoplaneten kan forskare använda solens gravitationsfält för att förstora ljuset från exoplaneten när den passerar. I motsats till ett förstoringsglas som har en krökt yta som böjer ljus har en gravitationslins en krökt rymdtid som möjliggör avbildning av långt borta liggande föremål.

Men det var inte förrän 2020 som bildtekniken utforskades i detalj för att observera planeter. Slava Turyshev från California Institute of Technology's Jet Propulsion Laboratory beskrev då en teknik för hur ett rymdplacerat teleskop kunde användas för att skanna runt ljusstrålarna från en planet och   rekonstruera en tydlig bild, men tekniken skulle kräva mycket bränsle och tid.

Med utgångspunkt i Turyshevs arbete utarbetade Alexander Madurowicz, doktorand vid KIPAC, en ny metod som kan rekonstruera en planets yta från en enda bild tagen direkt på dess sol. Genom att fånga ljusglorian runt solen som bildas  kan algoritmen Madurowicz designade förvränga ljuset från ringen genom att vända böjningen från gravitationslinsen, vilket för ringen runt en planet.

 

Madurowicz demonstrerade sitt arbete genom att använda bilder av den roterande jorden tagna av satelliten DSCOVR som finns mellan jorden och solen. Sedan använde han en datormodell för att se hur jorden skulle se ut när han tittade genom den vridande effekten från solens gravitation. Genom att tillämpa sin algoritm på observationerna kunde Madurowicz återställa bilderna av jorden och visa att hans beräkningar var korrekta.

För att fånga en exoplanetbild genom solens gravitationslins måste ett teleskop placeras minst 14 gånger längre bort från solen än Pluto finns vilket innebär förbi kanten av vårt solsystem längre ut än människor någonsin har placerat en rymdfarkost. Men avståndet är en liten bråkdel av ljusåren mellan solen och en exoplanet.

 

"Genom att böja ljuset som böjs av solens gravitation kan en bild skapas långt bortom ett vanligt teleskops möjligheter", säger Madurowicz. "Så den vetenskapliga potentialen är ett outnyttjat område eftersom det öppnar en ny observationsförmåga." säger Madurowicz och Macintosh. Men som de säger det kommer att ta minst 50 år innan denna teknik kan användas. För att detta ska kunna göras behövs snabbare rymdfarkoster eftersom de med nuvarande teknik kan ta 100 år att resa dit instrumentet ska placeras.

Med hjälp av solsegel eller solen som en gravitationell slangbella kan tiden dock teoretiskt kunna bli så kort som 20 till 40 år. Trots tidslinjens osäkerhet drivs möjligheten och förhoppningen över att kunna se om vissa exoplaneter har kontinenter eller hav, enligt Macintosh. Närvaron av något av detta är en stark indikator på att det kan finnas liv på en exoplanet.

Hur jorden skulle se ut rekonstruerad från ljusringen runt solen, projicerad av solens gravitationslins. | Bild Alexander Madurowicz och Stanford University