Instrument SPHERE — Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch — został zainstalowany na należącym do ESO teleskopie VLT w Obserwatorium Paranal w Chile. Uzyskano dla niego tzw. pierwsze światło. To potężne urządzenie do poszukiwania i badania planet pozasłonecznych (egzoplanet) korzysta jednocześnie z kilku zaawansowanych technik. Oferuje znacząco lepszą wydajność niż dotychczas istniejące instrumenty i uzyskało imponujące widoki dysków pyłowych wokół pobliskich gwiazd oraz innych obiektów w trakcie pierwszych dni obserwacji. Instrument SPHERE został zaprojektowany i zbudowany przez konsorcjum wielu europejskich instytutów kierowane przez Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble we Francji, we współpracy z ESO. Naukowcy spodziewają się, że zrewolucjonizuje szczegółowe badania planet pozasłonecznych i dysków okołogwiazdowych.

W grudniu 2013 roku SPHERE przeszedł testy w Europie, a następnie został wysłany do Paranal. Delikatny proces montażu ukończono w maju 2014 roku i instrument jest teraz zamontowany na VLT Unit Telescope 3. SPHERE jest najnowszym z instrumentów drugiej generacji dla VLT (pierwszymi trzema były: X-shooter, KMOS oraz MUSE).

Instrument SPHERE zamontowany na teleskopie VLT. Sam instrument to niepozorna czarna skrzynka przyczepiona z boku teleskopu.

SPHERE łączy kilka zaawansowanych technik, aby uzyskać najlepszy kontrast spośród instrumentów do wykonywania obrazów planet – znacznie lepszy niż uzyskiwał NACO, którym wykonano pierwsze bezpośrednie zdjęcie egzoplanety. W celu otrzymania takiej wydajności trzeba było opracować nowatorskie technologie, szczególnie w zakresie optyki adaptatywnej, detektorów oraz elementów koronografów.

Na zdjęciu widoczny jest największy księżyc Saturna, Tytan, w świetle podczerwonym. Jest to jeden z pierwszych obrazów dostarczonych przez instrument SPHERE teleskopu VLT. Rozdzielczość tego zdjęcia to 0,8 sekundy łuku. Tak dobrą rozdzielczość uzyskano dzięki zastosowaniu zaawansowanej optyki adaptatywnej.

Księżyc Saturna Tytan jest zasnuty gęstą mgłą, która odbija światło widzialne pochodzące od Słońca. Z tego powodu nie możemy zobaczyć w świetle widzialnym jego powierzchni (zdjęcie po lewej). Jednak światło odbite od cząsteczek mgły jest silnie spolaryzowane. Instrument SPHERE jest wyposażony w czułe polarymetry, które mierzą, jak silny jest ten efekt (zdjęcie po prawej). Docelowo będą one używane do poszukiwania egzoplanet świecących światłem odbitym, czyli spolaryzowanym.

SPHERE to bardzo złożony instrument. Dzięki ciężkiej pracy wielu ludzi, który byli zaangażowani w jego projektowanie, budowę i instalację, już przekroczył nasze oczekiwania. Cudownie!” – mówi Jean-Luc Beuzit z Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble we Francji, kierownik naukowy instrumentu SPHERE.

Głównym zadaniem dla SPHERE będzie poszukiwanie i badanie olbrzymich egzoplanet okrążających pobliskie gwiazdy, używaną metodą będzie bezpośrednie fotografowanie obiektów. Jest to niezwykle duże wyzwanie, gdyż tego rodzaju planet są na niebie bardzo blisko swoich gwiazd oraz są bardzo słabe. Na zwykłym zdjęciu, nawet wykonanym w najlepszych warunkach, światło od gwiazdy całkowicie przyćmiewa słabą planetę. Cały projekt SPHERE jest więc skupiony na uzyskiwaniu jak największego kontrastu na niewielkim obszarze nieba wokół oślepiającej gwiazdy.

Pierwsza z trzech nowatorskich technik zastosowanych przy SPHERE to ekstremalna wersja optyki adaptatywnej do korygowania zaburzających efektów od ziemskiej atmosfery, aby zdjęcia były ostrzejsze i miały lepszy kontrast. Druga obejmuje użycie koronografu do blokowania światło od gwiazdy i dalszego zwiększania kontrastu. Na końcu stosowana jest technika zwana obrazowaniem różnicowym, która pozwala na rozróżnienie pomiędzy światłem planet i gwiazd pod względem barw lub polaryzacji – te subtelne różnice można wykorzystać od ukazania normalnie niewidocznej egzoplanety (ann13069, eso0503) [2].

SPHERE został zaprojektowany i zbudowany przez następujące instytuty: Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble; Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg; Laboratoire d’Astrophysique de Marseille; Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique de l’Observatoire de Paris; Laboratoire Lagrange in Nice; ONERA; Observatoire de Genève; Italian National Institute for Astrophysics koordynowany przez Osservatorio Astronomico di Padova; Institute for Astronomy, ETH Zurich; Astronomical Institute of the University of Amsterdam; Netherlands Research School for Astronomy (NOVA-ASTRON) oraz ESO.

Prace przygotowujące instrument SPHERE do montażu na VLT.

Transport instrumentu SPHERE do Obserwatorium Paranal.

Montaż instrumentu SPHERE na VLT.

Podczas obserwacji pierwszego światła wybrano kilka celów testowych w różnych trybach SPHERE. Uzyskano m.in. najlepszy jak dotąd obraz pierścienia pyłu wokół pobliskiej gwiazdy HR 4796A. Zdjęcie nie tylko pokazuje wyjątkowo wyraźnie pierścień, ale także ilustruje na ile SPHERE może usunąć światło jasnej gwiazdy z centrum zdjęcia.

Po dalszych intensywnych testach oraz fazie wstępnych obserwacji naukowych SPHERE zostanie udostępniony społeczności astronomicznej w dalszej części 2014 roku.

To dopiero początek. SPHERE jest unikalnie potężnym narzędziem i w najbliższych latach na pewno dostarczy nam wielu niesamowitych niespodzianek” – podsumował Jean-Luc Beuzit.

Uwagi

[1] Większość z obecnie znanych egzoplanet została odkryta za pomocą technik pośrednich, takich jak zmiany prędkości radialnej gwiazdy albo spadki jasności spowodowane tranzytami planet. Jedynie kilka egzoplanet zostało sfotografowanych bezpośrednio (eso0515, eso0842).

[2] SPHERE stosuje też inną, prostszą sztuczkę: wykonywane jest wiele zdjęć obiektu, ale z istotną rotacją obrazu pomiędzy nimi. Struktury na zdjęciach, które przesuwają się razem z rotacją są artefaktami z procesu obróbki obrazu, natomiast struktury obecne w tych samych miejscach to prawdziwe obiekty na niebie.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu