Bloquear a luz estelar

Bloquear a luz estelar

1. História. Bernard Lyot inventou o coronógrafo em 1930 para estudar a coroa solar sem um eclipse; uma máscara no plano focal bloqueia o disco e um "Lyot stop" remove a luz difratada (Lyot 1939). Os coronógrafos LASCO do SOHO mostram a mesma ideia todos os dias (Brueckner et al. 1995). A cena do Sol acima é uma ilustração baseada no LASCO, não uma imagem do LASCO.
2. Famílias de coronógrafos. Máscaras de amplitude do tipo Lyot, pupilas apodizadas e máscaras de fase como o vórtice. O valor-chave é o ângulo interno de trabalho, em unidades de λ/D (Mawet et al. 2012). A Terra a 10 pc fica a 0,1″ da sua estrela: cerca de 5,3 λ/D para um telescópio de 6 m a 550 nm [calc].
3. Ótica adaptativa e speckles. Um espelho deformável aplana a frente de onda turbulenta centenas de vezes por segundo. O que resta são speckles; a imagem diferencial angular deixa o céu rodar enquanto os speckles ficam fixos, para que possam ser subtraídos (Marois et al. 2006).
4. Starshade. Um ecrã em forma de flor colocado em voo muito à frente de um telescópio (Cash 2006). O conceito Roman Starshade Rendezvous: 26 m a 26.000 km; HabEx: 52 m a cerca de 76.600 km (HabEx Final Report).
5. Interferometria de anulação. Dois telescópios combinados com meia onda de desfasamento anulam a estrela numa franja escura, enquanto um planeta fora do eixo fica numa franja brilhante (Bracewell 1978; o conceito LIFE, Quanz et al. 2022).

Famílias de coronógrafos, plano a plano

Cada família abaixo é desenhada como quatro planos de um mesmo trem ótico. As intensidades são calculadas, não pintadas: ótica de Fraunhofer de um telescópio ideal e monocromático com uma pupila circular desobstruída, mostrada numa escala logarítmica desde o pico da estrela até um milionésimo. As dimensões da máscara e do diafragma, o apodizador e o brilho dos planetas são ilustrativos e assim o indicam.

Ilustraçãofora de escala; segundo Lyot 1939

1. Coronógrafo de Lyot. Um disco opaco no plano focal bloqueia o núcleo da imagem da estrela. O que não remove é a luz que a sua borda difrata, que a lente seguinte envia para o bordo da pupila reimageada; um diafragma de Lyot ligeiramente menor do que a pupila capta esse bordo (Lyot 1939). Com um disco de 4 λ/D, fechar o diafragma de 150% para 80% da pupila reduz a luz estelar a 8 λ/D de 6,7×10⁻⁵ para 1,8×10⁻⁷ do pico da estrela (sem coronógrafo: 7,8×10⁻⁵) [calc], enquanto um planeta bem fora do disco mantém 64% da sua luz, a área do diafragma.
2. Pupila apodizada. Em vez de uma máscara, a transmissão da pupila diminui gradualmente até à sua borda, pelo que a imagem não tem nenhuma aresta nítida que gere anéis. Para A(ρ) = (1 − ρ²)², o anel mais brilhante perto de 5 λ/D desce de 7,8×10⁻⁴ para 1,2×10⁻⁶ do pico da pupila livre [calc], mas apenas 1/(2n + 1) = 20% da luz passa e o núcleo é mais largo. Os apodizadores reais (pupilas moldadas, desenhos prolatos e APLC) são otimizados numericamente; esta atenuação é ilustrativa.
3. Máscara de fase em vórtice. Uma máscara transparente cuja fase gira em torno do seu centro (e^(2iθ), carga 2) desloca a luz de uma estrela no eixo para fora da pupila re-imageada: para um vórtice ideal de carga 2 numa abertura circular desobstruída, o campo aí é exatamente zero dentro da pupila e (1/ρ)² fora dela [calc], pelo que um diafragma imediatamente dentro da pupila remove a estrela. As máscaras de fase são a família que funciona mais perto da estrela (Mawet et al. 2012); os vórtices reais deixam resíduos devido a erros de frente de onda e ao tamanho finito da estrela.
4. Ótica adaptativa e ADI. Um espelho deformável transforma o halo de seeing num núcleo nítido, mas permanecem speckles quase estáticos com λ/D de largura. Com a pupila do instrumento fixa, o céu e o planeta rodam ao longo da noite enquanto os speckles ficam; a mediana da sequência modela os speckles, e cada imagem menos essa mediana, rodada de volta pela sua rotação de campo e empilhada, conserva o planeta (Marois et al. 2006). As imagens no palco são sintéticas. No céu, o GPI atinge cerca de 10⁻⁴ de contraste bruto a 0,4″ em 60 s e mais de dez vezes mais fundo após uma hora de ADI (Bailey et al. 2016).

A escada de contraste

Os planetas de HR 8799 na tela usam os semieixos maiores e as excentricidades do exoplanet.eu; a sua orientação no céu é ilustrativa e o tempo está comprimido. Os contrastes de instrumentos diferentes são medidos a separações, comprimentos de onda e significâncias diferentes, pelo que os degraus não são diretamente comparáveis.

1,216 of the 8,049 planets with a stored distance in exoplanet.eu were found by imaging (the first method listed). Show them on the Galaxy map ›

Dados reais, citados

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As contagens por ano e método, numa tabela ›