این دستگاه با استفاده از یک فناوری نوری هوشمند برای جداسازی و حذف نور ستارگان، دریچه‌ای را برای ثبت تصاویر واقعی از جهان‌های دور باز می‌کند.

به نقل از اس‌تی‌دی، این امر می‌تواند توانایی دانشمندان در تشخیص نشانه‌های بالقوه حیات در فراسوی زمین را به میزان چشمگیری بهبود ببخشد و آینده اکتشاف سیارات فراخورشیدی را تغییر دهد.

پیش به سوی تصویربرداری از جهان‌های دور

محققان نوع جدیدی از «تاج‌نگار» را توسعه داده‌اند که می‌تواند تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی را که معمولاً پشت تابش خیره‌کننده ستاره‌های مادر خود پنهان هستند، ممکن سازد.

«تاج‌نگار» نوعی دستگاه نوری است که نور مستقیم و شدید یک ستاره را مسدود می‌کند.

این نوآوری می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا سیاراتی فراتر از منظومه شمسی ما را شناسایی و راه‌های جدیدی را برای جستجوی نشانه‌های حیات در جاهای دیگر جهان استفاده کنند.

«نیکو دشلر»(Nico Deshler) سرپرست تیم تحقیقاتی از دانشگاه آریزونا، گفت: سیارات شبیه به زمین در «منطقه قابل سکونت» می‌توانند به راحتی تا یک میلیارد برابر کم‌نورتر از ستاره میزبان خود باشند. این امر تشخیص آنها را دشوار می‌کند، زیرا نور ضعیف آنها توسط روشنایی ستاره پوشانده می‌شود. این «تاج‌نگار»، نور ستاره‌ای را که ممکن است نور سیارات فراخورشیدی را محو کند و تصویر را کدر کند، جذب می‌کند.

«منطقه قابل سکونت» به منطقه‌ای در اطراف یک ستاره گفته می‌شود که در آنجا میزان دما می‌تواند امکان وجود آب مایع را فراهم کند.

عبور از محدودیت‌های کوانتومی

این تیم نشان داد که دستگاه آنها از نظر تئوری می‌تواند از محدودیت‌های تشخیص سیارات فراخورشیدی عبور کند. آنها در آزمایش‌های خود توانستند موقعیت سیارات فراخورشیدی مصنوعی را که بسیار نزدیک‌تر به ستاره میزبان خود قرار داشتند، شناسایی کنند.

«دشلر» گفت: دستگاه ما در مقایسه با سایر «تاج‌نگارها» اطلاعات بیشتری در مورد سیارات فراخورشیدی ارائه می‌دهد. این موضوع می‌تواند به ما این امکان را بدهد تا به طور بالقوه نشانه‌های زیستی را شناسایی و وجود حیات را در میان ستارگان کشف کنیم.

چالش‌های رصد مستقیم

تحلیل نوری سیارات فراخورشیدی چالش بزرگی است، زیرا آنها در مقیاس‌های نجومی، اغلب برای رصد با تلسکوپ‌های فعلی بسیار نزدیک به ستاره مادر خود هستند. سیارات فراخورشیدی همچنین می‌توانند چندین برابر کم‌نورتر از ستاره میزبان خود باشند.

 با وجود روش‌های مختلف ستاره‌شناسان برای استنباط غیرمستقیم وجود یک سیاره در اطراف یک ستاره، رصد مستقیم سیارات فراخورشیدی در تصاویر کاربردی‌تر خواهد بود.

با توجه به اینکه ساخت تلسکوپ فضایی نسل جدید ناسا موسوم به «رصدخانه جهان‌های قابل سکونت»(HWO) به علم سیارات فراخورشیدی متکی است، «تاج‌نگارهای» بسیاری تولید شده‌اند که هر کدام دارای مزایا و معایبی در عملکرد عملی و نظری هستند.

محققان با الهام از این پیشرفت‌ها تصمیم گرفتند از دسته‌بندی کننده حالات فضایی در آزمایشگاه خود برای توسعه این «تاج‌نگار» استفاده کنند. این دستگاه تمام نور یک ستاره روی محور را طرد می‌کند و دارای حداکثر توان عملیاتی برای یک سیاره فراخورشیدی خارج از محور است.

فیلترکردن نور

همانطور که نت‌های پیانو فرکانس‌های صوتی مختلفی را منتشر می‌کنند، منابع نوری در فضا بسته به موقعیت خود، حالت‌های مکانی مختلفی را نشان می‌دهند. محققان این حالت‌های مختلف را با استفاده از دو دسته‌بندی کننده حالات از هم جدا کردند. در تحقیقات، یک دسته‌بندی کننده حالت، جهت جداسازی و حذف نور از یک ستاره و یک دسته‌بندی کننده حالت معکوس، جهت ترکیب مجدد میدان نوری پس از رد شدن نور ستاره، استفاده شد. این امر امکان ثبت تصویری از سیاره فراخورشیدی را بدون ستاره فراهم کرد.

«دشلر» گفت: تاج‌نگار ما مستقیماً تصویری از سیاره فراخورشیدی ثبت می‌کند. این تصاویر می‌توانند اطلاعات موقعیتی و ترکیبی را ارائه دهند که منجر به تعیین مدارهای سیاره فراخورشیدی و شناسایی سایر اجرامی که نور را از یک ستاره پراکنده می‌کنند، می‌شوند.

تصویربرداری تجربی در آزمایشگاه

محققان پس از پیکربندی «تاج‌نگار» خود در آزمایشگاه، یک صحنه مصنوعی از ستاره و سیاره فراخورشیدی ساختند که در آن سیاره فراخورشیدی به اندازه‌ای به ستاره نزدیک بود که با تلسکوپ قابل تشخیص نبود.

دانشمندان موقعیت سیاره فراخورشیدی را اسکن کردند تا مداری را که سیاره به دور ستاره می‌چرخد، شبیه‌سازی کنند و سپس سعی کردند موقعیت آن را در هر قاب تعیین کنند. تصاویر گرفته شده با چیدمان آزمایشی به آنها اجازه داد تا موقعیت سیاره فراخورشیدی را در فواصل زیرپراش سیاره و ستاره تخمین بزنند.

تداخل نوری

محققان در حال تلاش برای بهبود دسته‌بندی کننده حالت برای کاهش «تداخل‌ نوری» هستند. «تداخل نوری» برای صحنه‌هایی با کنتراست متوسط، چندان مشکل‌ساز نیست. با این حال، کنتراست‌های شدید موجود در علم سیارات فراخورشیدی به یک دسته‌بندی کننده حالت مکانی با دقت بسیار بالا نیاز دارد.

«تداخل‌ نوری» نام نوعی تداخل است که در آن نور در حالت‌های نوری مختلف نشت می‌کند.

محققان می‌گویند که اثبات کارایی این آزمایش می‌تواند الهام‌بخش کاوش بیشتری در پیش‌پردازش نوری با استفاده از دسته‌بندی کننده حالت مکانی در ابزارهای نجومی آینده باشد. همچنین می‌تواند به توسعه روش‌های تصویربرداری جدیدی برای حسگر کوانتومی، تصویربرداری پزشکی و ارتباطات منجر شود.