Tim znanstvenika uspio je razviti inovativan 'kvantno osjetljiv' uređaj koji bi mogao omogućiti izravno snimanje egzoplaneta nalik Zemlji, što je podvig koji mnogi astronomi smatraju gotovo nemogućim. Riječ je o tehnologiji koja bi mogla zaobići temeljna ograničenja u rezoluciji teleskopa, koristeći principe kvantne mehanike za postizanje neviđene preciznosti u promatranju svemira.

Od izuma teleskopa 1608. godine sposobnost čovječanstva da ga promatra nevjerojatno je napredovala. Danas teleskopi poput Jamesa Webba koriste sofisticirane instrumente poput koronagrafa za blokiranje svjetlosti sjajnih zvijezda i otkrivanje slabijih objekata oko njih. Međutim nova generacija znanstvenika vjeruje da se u tome može ići još dalje.

Domišljata metoda

Nico Deshler, doktorand sa Sveučilišta Arizona, i Itay Ozer, doktorand sa Sveučilišta Maryland, predvode tim koji pokušava nadmašiti postojeća ograničenja. Oni žele razviti tehnologiju koja koristi kvantne granice mjerenja kako bi omogućila slikanje egzoplaneta koji su preblizu svojim zvijezdama da bi ih današnji instrumenti mogli razlučiti, piše Space.

Središnji dio ovog pristupa je korištenje tzv. uređaja za sortiranje prostornog modusa - optičkog sustava koji fizički odvaja fotone na temelju njihovih prostorno-specifičnih obrazaca. Naime različiti izvori svjetlosti u vidnom polju teleskopa uzrokuju 'uzbuđenje' različitih prostornih modusa svjetlosti. Upotrebom posebnih faznih maski, tim je uspio izolirati fotone koji dolaze s egzoplaneta, a istovremeno su eliminirali svjetlo koje dolazi od matične zvijezde.

Za razliku od digitalnog uklanjanja svjetlosti nakon snimanja, ova tehnologija uklanja svjetlost zvijezde još prije nego što dođe do detektora. To omogućuje očuvanje netaknutih fotona s egzoplaneta, a oni nose ključne informacije o njegovim karakteristikama.

U laboratorijskim uvjetima tim je simulirao situaciju u kojoj se egzoplanet nalazi iznimno blizu svojoj zvijezdi - čak deset puta ispod granice razlučivosti današnjih teleskopa. Kada je planet bio preblizu, njegov signal bio je izgubljen u sjaju zvijezde, no na većim udaljenostima postao je jasniji i u skladu s predviđanjima.

Kako je prošao test?

Korištenjem statističke metode maksimalne vjerojatnosti, znanstvenici su uspjeli identificirati egzoplanet i pri omjeru svjetlosti od 1:1000 u korist zvijezde, što je potvrda učinkovitosti njihove metode. Glavni izazov na putu prema praktičnoj primjeni ove tehnologije precizna je izrada faznih maski, a one omogućuju sortiranje fotona s gotovo savršenom točnošću. Svaka greška u proizvodnji može uzrokovati curenje signala, poznato kao cross-talk, što znatno smanjuje učinkovitost uređaja.

Kako bi prevladali te izazove, istraživači planiraju koristiti napredne metode izrade visokopreciznih optičkih elemenata, poput fotolitografije, aditivne proizvodnje i mikrostrojne obrade. Njihov krajnji cilj je uređaj spreman za integraciju u buduće svemirske misije.

Veliki planovi, velike implikacije

Ako bude uspješan, ovaj bi uređaj mogao značajno unaprijediti sposobnosti izravnog snimanja egzoplaneta i pružiti ključne podatke o njihovim atmosferama, uključujući potencijalne biokemijske potpise života. Mogao bi tako postati ključna komponenta budućih projekata poput Habitable Worlds Observatoryja, nasljednika teleskopa Hubble i JWST.

Znanstvenici ističu da ova tehnologija nije zamjena za postojeće metode, već vrijedan dodatak instrumentariju moderne astronomije i pomoć u potvrđivanju otkrića pomoću više nezavisnih metoda, poput tranzita, radijalnih brzina i gravitacijske mikroleće. Studija je objavljena 22. travnja u časopisu Optica.