Un team di scienziati e ingegneri guidati da ricercatori di Princeton ha recentemente riportato il successo del funzionamento di un nuovo strumento per il telescopio Subaru alle Hawaii che consentirà agli astronomi di effettuare osservazioni dirette dei pianeti in orbita attorno alle stelle vicine.

Lo strumento, soprannominato CHARIS, è stato progettato e costruito da un team guidato da N. Jeremy Kasdin, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale. Consente agli astronomi di isolare la luce riflessa da pianeti più grandi di Giove e quindi analizzare la luce per determinare i dettagli sulle dimensioni dei pianeti, età e costituenti atmosferici. La recente osservazione è nota nella comunità astronomica come una "prima luce, " un primo test sul campo dello strumento sul telescopio che dimostra che sta funzionando con successo.

"Non avremmo potuto essere più soddisfatti dei risultati, " ha detto Kasdin. "CHARIS ha superato tutte le nostre aspettative. Non posso elogiare abbastanza il nostro team per il duro lavoro e la dedizione che hanno reso CHARIS un successo. È sulla buona strada per essere disponibile per le osservazioni scientifiche a partire da febbraio 2017".

CHARIS, un acronimo per lo spettrografo di imaging ad alta risoluzione angolare coronagrafico, fa parte di un grande sforzo in astronomia per trovare e analizzare pianeti in orbita attorno a stelle lontane, conosciuti come pianeti extrasolari. Dalla prima scoperta di un esopianeta nel 1995, i ricercatori hanno scoperto oltre 1, 000 tali pianeti, una grande maggioranza proveniente dall'osservatorio spaziale Kepler della NASA. Quasi tutte queste scoperte si basavano sull'utilizzo di piccoli cambiamenti nella luce stellare per identificare la presenza di pianeti; di conseguenza, quelle osservazioni non possono dire molto agli scienziati sui pianeti stessi.

Progetti più recenti hanno dimostrato la capacità di catturare la luce riflessa da un pianeta e separarla dalla luce che brilla direttamente dalla sua stella madre. Questi sforzi consentono agli scienziati di esaminare la luce e determinare la composizione chimica dell'atmosfera del pianeta nello stesso modo in cui i chimici usano lo spettro della luce (la lunghezza d'onda oi colori della luce) per analizzare la composizione del materiale in un laboratorio. Il progetto CHARIS fa parte di questo sforzo. Attualmente, CHARIS è l'unico spettrografo dedicato alla ricerca sugli esopianeti su un telescopio di classe 8 metri nell'emisfero settentrionale.

"CHARIS è un'aggiunta chiave alle crescenti capacità di imaging e caratterizzazione degli esopianeti del Subaru Telescope, " ha detto Olivier Guyon, il leader del programma di ottica adattiva alla Subaru e membro della facoltà dell'Università dell'Arizona. "Con gli spettri CHARIS ora possiamo fare molto di più che rilevare semplicemente i pianeti:possiamo misurare le loro temperature e la composizione dell'atmosfera".

Il progetto CHARIS fa parte di una collaborazione a lungo termine tra Princeton, l'Università di Tokyo e l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, che gestisce il telescopio Subaru a Mauna Kea, Hawaii. Lo strumento CHARIS è stato progettato e costruito a Princeton sotto la direzione di Tyler Groff, un ex studente di dottorato e ricercatore associato che lavora con Kasdin, che ora lavora per il Goddard Space Flight Center della NASA.

"Analizzando lo spettro di un pianeta, possiamo davvero capire molto del pianeta, "Goff ha detto. "Puoi vedere caratteristiche specifiche che possono permetterti di capire la massa, la temperatura, l'età del pianeta."

Lo spettrografo è sigillato in una custodia da 500 libbre che misura 30 pollici per 30 pollici per 12 pollici e funziona a una temperatura di 50 gradi Kelvin (-370 gradi Fahrenheit). Il gruppo comprende nove specchi, cinque filtri, due gruppi prisma e un array di microlenti, uno speciale dispositivo ottico con una serie di minuscole lenti incise sulla sua superficie. Il team di ricerca ha impiegato cinque anni per completare CHARIS.

Lo spettrografo si trova dietro un dispositivo chiamato coronografo, che canalizza la luce dal telescopio e utilizza schemi di interferenza per dividere la luce proveniente direttamente da una stella dalla luce riflessa dai pianeti in orbita. È un po' come individuare la luce che si riflette da un granello di orpelli che fluttua davanti a un riflettore a centinaia di chilometri di distanza. I ricercatori hanno affermato che l'alto contrasto nell'immagine è la chiave per un'osservazione di successo. Il telescopio Subaru raggiunge questo obiettivo attraverso una combinazione dello strumento CHARIS e dell'ottica adattiva chiamata Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics. Nemanja Jovanovic, che fa parte della squadra di Guyon alla Subaru, ha condotto gli sforzi per integrare i due sistemi.

CHARIS ha un campo visivo relativamente ristretto. Groff ha detto che osserva circa 2 secondi d'arco del cielo. (La luna piena vista dalla Terra è di circa 1, 800 secondi d'arco.) Ma ha la capacità di acquisire immagini attraverso una banda molto ampia di lunghezze d'onda della luce, consentendo un'analisi dettagliata di qualsiasi cosa nel suo campo.

"Abbiamo testato CHARIS su Nettuno, ma l'intero pianeta non si adatta nemmeno al nostro rilevatore, " disse Groff. Tuttavia, il campo visivo dello spettrografo è così dettagliato che i ricercatori sono stati in grado di effettuare osservazioni interessanti delle nuvole che fluttuano sulla superficie del pianeta.

Il progetto CHARIS è stato il lavoro di un ampio team di ricercatori. Kasdin e Masahiko Hayashi, dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, sono i principali investigatori. Oltre a Groff, altri membri del team inclusi:Michael Galvin, Michael Carr, Craig Loomis, Norman Jarosik, Gianni Greco, Robert Lupton, Edwin Turner, James Gunn e Gillian Knapp di Princeton; Mary Anne Limbach dell'ottica di Limbach; Nemanja Johanovic, del telescopio Subaru; Timothy Brandt dell'Institute for Advanced Study; e Jeffrey Chilcote dell'Università di Toronto.

Groff ha affermato che c'è stato un grande interesse per il progetto nella comunità astronomica e che i principali ricercatori stanno ora esaminando le proposte di ricerca.

"C'è molta eccitazione, " ha detto. "CHARIS aprirà per la scienza a febbraio a tutti".