NASA's Roman-telescoop gebruikt actieve coronagraaf voor exoplaneetbeeldvorming

NASA's aanstaande Nancy Grace Roman Space Telescope, die naar verwachting al eind volgende maand gelanceerd zal worden, zal de eerste actieve coronagraaf ooit in de ruimte dragen. Dit instrument is ontworpen om het grootste deel van het licht van een ster te blokkeren, waardoor astronomen planeten die om andere sterren draaien direct kunnen afbeelden—met name planeten die lijken op die in ons eigen zonnestelsel. De missie zou uiteindelijk de weg kunnen vrijmaken voor een toekomstige telescoop om de eerste foto's van aardachtige werelden te maken.

De telescoop zal het gebied van exoplaneetwetenschap beïnvloeden door onderzoekers in staat te stellen kleinere, zwakkere en dichter bij hun ster staande planeten te zien dan ooit tevoren. In tegenstelling tot eerdere coronagrafen op Hubble en de James Webb Space Telescope, die statische blokkers gebruiken, maakt Roman's systeem gebruik van actieve golffrontcontrole. Het meet overgebleven sterlicht en onderdrukt dit met behulp van twee vervormbare spiegels, elk met een 48-bij-48 raster van kleine actuatoren die het spiegeloppervlak met slechts 10 picometer kunnen aanpassen—ongeveer een tiende van de diameter van een waterstofatoom. Deze techniek zal naar verwachting de gevoeligheid voor exoplaneten met een factor tot 1.000 verbeteren in vergelijking met huidige ruimtegebaseerde coronagrafen.

Dit is belangrijk omdat bijna alle tot nu toe gefotografeerde exoplaneten massief, jong en ver van hun ster verwijderd zijn—niets zoals de planeten in ons zonnestelsel. Roman zou een echte Jupiter-analoog direct kunnen afbeelden: een volwassen gasreus die om een zonachtige ster draait op een afstand van enkele malen de baanstraal van de aarde. Zo'n planeet zou voornamelijk het licht van zijn ster reflecteren, niet gloeien van interne warmte. De groothoekcamera van de telescoop, met ongeveer 300 megapixels, zal ook beelden maken die ongeveer 100 keer groter zijn dan Hubble's breedste opnamen bij vergelijkbare resolutie, wat astronomen helpt bij het bestuderen van donkere materie, donkere energie en het detecteren van ongeveer 100.000 nieuwe exoplaneten.

Achtergrond: De Roman Space Telescope is vernoemd naar Nancy Grace Roman, NASA's eerste hoofastronoom. Het zal zowel een groothoekcamera als het coronagraafinstrument dragen. De coronagraaf gebruikt maskers, waaronder "siliciumgras"—microscopische spikes die fotonen vangen om te voorkomen dat strooilicht de detectoren bereikt. Javier Viaña, een onderzoekswetenschapper van Harvard met projecten geselecteerd voor Roman's eerste jaar van waarnemingen, vergeleek de sprong met het gaan van "een handvol mensen interviewen" naar "een wereldwijde volkstelling houden."

Volgende stappen: De telescoop zal naar verwachting eind volgende maand worden gelanceerd. Eenmaal operationeel, zal hij beginnen met het een voor een observeren van sterrenstelsels met de coronagraaf, met als doel exoplaneten direct af te beelden die te zwak zijn geweest om te zien. Succes zou de technologie kunnen demonstreren die nodig is voor een toekomstige missie om aardachtige planeten te fotograferen, waarmee wordt voldaan aan wat lead mechanical engineer Brandon Creager een "kritische opstap voor … het vinden van Aarde 2.0" noemt.