Lasersko 'ravnalo' daje nadu potrazi za egzoplanetima
Potraga za planetima nalik Zemlji koji se nalaze u orbiti udaljenih zvijezda, a koja traje već neko vrijeme, uskoro bi mogla postati mnogo lakša zahvaljujući tehnici koju su razvili njemački znanstvenici.
U radu koji je objavljen u časopisu New Journal of Physics Instituta za fiziku te Njemačkog fizičkog društva, tim znanstvenika uspješno je pokazao kako se solarni teleskop može kombinirati s tehnologijom koja je već osvojila svijet fizike – laserskim frekvencijskim češljem (LFC - 'laser frequency comb'). Popratni video isječak možete vidjeti ovdje.
Ova će tehnologija omogućiti spektralnu analizu udaljenih zvijezda s dosad nezabilježenom točnošću te će ubrzati istraživanja u drugim područjima astrofizike, poput detaljnih opažanja Sunca te mjerenja ubrzanja širenja svemira promatrajući udaljene kvazare.
Laserski frekvencijski češalj je alat za mjerenje boje, tj. frekvencije, svjetla te je odgovoran za neke od najpreciznijih mjerenja koja su ikad učinjena. Stvara se pomoću lasera koji emitira trajne pulseve svjetla koje sadrži milijune različitih boja i koje često obuhvaća čitavi vidljivi spektar. Kada se različite boje razvrstaju svaka po svojoj frekvenciji, tj. brzini kojom taj svjetlosni val oscilira, one tvore graf koji je nalik "češlju" i čije fino raspoređene linije, ili "zubi" predstavljaju pojedine frekvencije. Može se koristiti kao "ravnalo" koje precizno mjeri frekvenciju svjetlosti iz raznih izvora, poput lasera, atoma ili zvijezda.
Znanstvenici s Instituta za kvantnu optiku Max Planck, Instituta za solarnu fiziku Kiepenheuer te Sveučilišne zvjezdarnice u Münchenu u svom su istraživanju proveli analizu na Suncu tako što su kombinirali sunčevu svjetlost sa solarnog teleskopa Instituta Kiepenheuer, koji se nalazi na otoku Tenerife, sa svjetlošću LFC-a. Oba su izvora svjetlosti ubačena u samo jedno optičko vlakno koje je zatim dovelo svjetlost do spektrografa na analizu.
Rafael Probst s Instituta za kvantnu optiku Max Planck i glavni autor istraživanja kaže kako je "važni aspekt njihovog istraživanja to da koriste vlakno s jednostrukim načinom rada koje iskorištava valnu prirodu svjetlosti kako bi omogućilo vrlo čistu i stabilnu zraku na izlazu". Ova vrsta vlakna prilično je česta u telekomunikacijskim i laserskim primjenama, no primjene u astronomiji još su uvijek uvelike neistražene. LFC na solarnom teleskopu s otoka Tenerife prva je instalacija za astronomsku upotrebu temeljena na vlaknima s jednostrukim načinom rada.
"Naši rezultati pokazuju da ako svjetlost LFC-a i sunčevu svjetlost istovremeno pustimo kroz isto vlakno s jednostrukim načinom rada, preciznost dobivene kalibracije poboljšat će se za sto puta. Tako dobivamo preciznost kalibracije koja drži korak s najpreciznijom kalibracijom ikad dobivenom astrofizičkim spektrografom, a postoji čak i prilični potencijal za poboljšanje.", kaže Probst.
Ovom novom tehnikom, znanstvenici dobivaju mogućnost istražiti ne samo zvijezdu u središtu našeg sunčevog sustava, već i zvijezde koje su nam mnogo dalje, a pogotovo kako bi pronašli planete slične Zemlji koji kruže oko tih zvijezda.
Kada planet kruži oko zvijezde, ona ne ostaje potpuno nepomična, već se kreće tako da radi vrlo malen krug ili elipsu. Kada to promatramo s neke daljine, te malene promjene u brzini kretanja uzrokuju promjenu zvijezdinog svjetlosnog spektra. Taj se proces naziva Dopplerovim pomakom. Ako se zvijezda primiče promatraču, tada će se njezin spektar malo pomaknuti prema plavom dijelu spektra; ako se pak odmiče od promatrača, spektar će se pomaknuti prema crvenom dijelu spektra.
Znanstvenici vjeruju kako će im LFC omogućiti što točnije mjerenje tih Dopplerovih pomaka te tako povećati šanse uočavanja nastanjivih planeta veličine Zemlje. S konvencionalnim tehnikama kalibracije, mogli bismo mjeriti promjenu u brzini od otprilike 1 m/s u velikim vremenskim periodima, dok bi LFC mogao omogućiti mjerenje s točnošću od 1 cm/s.
"U astronomiji je LFC još uvijek novina i nestandardna oprema u zvjezdarnicama. No, to samo što se nije promijenilo te će spektroskopija potpomognuta LFC-om imati sjajnu budućnost u astronomiji. Naš trenutni rad pokazuje kako bi budući astronomski LFCi mogli biti korišteni.", zaključuje Probst.