Forse ricordi la scena iniziale di "Harry Potter e la pietra filosofale" che si è svolta a Privet Drive. Un uomo barbuto ha tirato fuori un misterioso dispositivo, chiamato un deluminatore, dalla sua veste scura e ad una ad una le luci dei lampioni vi volarono dentro.

Per l'ultimo decennio o più, I Babbani di tutto il mondo, me compreso, sono stati impegnati a progettare e perfezionare un dispositivo simile chiamato coronografo. Blocca la luce delle stelle in modo che gli scienziati possano scattare foto dei pianeti che orbitano intorno a loro:gli esopianeti.

Più di 500 anni fa il frate italiano Giordano Bruno postulò che le stelle nel cielo notturno fossero come il nostro Sole con pianeti che le orbitano intorno, alcuni dei quali probabilmente ospitavano la vita. A partire dagli anni '90, utilizzando osservazioni terrestri e satellitari, gli astronomi hanno raccolto prove dell'esistenza di migliaia di pianeti extrasolari o esopianeti. La scoperta degli esopianeti è valsa il Premio Nobel per la Fisica 2019.

La prossima importante pietra miliare nella ricerca esoplanetaria è l'imaging e la caratterizzazione di esopianeti delle dimensioni di Giove in luce visibile perché l'imaging di pianeti delle dimensioni della Terra è molto più difficile. Però, l'imaging di exo-Giove dimostrerebbe che gli astronomi hanno tutti gli strumenti necessari per visualizzare e caratterizzare pianeti delle dimensioni della Terra nelle zone abitabili delle stelle vicine, dove potrebbe esistere la vita. Missioni spaziali in grado di riprendere le eso-Terre nelle loro zone abitabili, come Habitable Exoplanet Observatory o HabEx e Large UV/Optical/IR Surveyor o LUVOIR, sono attualmente in fase di progettazione da scienziati e ingegneri di tutto il mondo e distano almeno un decennio dal loro volo.

In preparazione per queste missioni di classe ammiraglia, è fondamentale che le tecnologie chiave e gli strumenti software siano sviluppati e convalidati. Un coronografo è essenziale per tutti questi sforzi di imaging.

Sono un professore di fisica e conduco un gruppo di ricerca che ha progettato molti esperimenti che hanno volato nelle missioni della NASA. Negli ultimi dieci anni o giù di lì, il nostro team ha sviluppato le tecnologie necessarie per visualizzare e caratterizzare direttamente gli esopianeti intorno alle stelle vicine e testarli a bordo di razzi e palloni prima che possano essere selezionati per il volo nelle principali missioni spaziali.

Imaging di esopianeti in luce visibile

Anche se sappiamo dell'esistenza di oltre 4, 000 esopianeti, la maggior parte è stata rilevata utilizzando metodi indiretti come l'attenuazione della luce della stella madre quando un pianeta passa davanti e blocca parte della sua luce, proprio come il recente transito di Mercurio. Questa è la tecnica impiegata dalle missioni Kepler e Transiting Exoplanet Survey Satellite o TESS. I vincitori del Premio Nobel 2019 hanno utilizzato un altro metodo indiretto, che si basa sulla misurazione del movimento minuto e periodico delle stelle causato dai pianeti che le orbitano. Ma una fotografia di un pianeta extrasolare, con caratteristiche simili a quelle del nostro Sistema Solare, non è stato ancora preso.

Imaging degli esopianeti è difficile. Per esempio, anche un pianeta enorme come Giove è un miliardo di volte più debole del Sole. E visto da lontano, la Terra è 10 volte più debole di Giove. Ma la difficoltà nell'imaging degli esopianeti non è perché sono deboli:i grandi telescopi, incluso il telescopio spaziale Hubble, hanno ripreso oggetti molto più deboli.

La sfida dell'imaging degli esopianeti ha a che fare con lo scatto di un'immagine di un oggetto molto debole che è vicino a uno molto più luminoso. Poiché le stelle e i loro pianeti sono lontani, quando fotografati appaiono come un punto luminoso nel cielo, proprio come i fari di un'auto sembrano una luce brillante da lontano. Così, la sfida di fotografare anche l'esopianeta più vicino è simile a quella di una persona in California che scatta la foto di una mosca a 10 piedi di distanza dalla luce brillante di un faro in Massachusetts.

Il mio gruppo di ricerca ha recentemente condotto un esperimento con pallone ad alta quota chiamato Planetary Imaging Concept Testbed Using a Recoverable Experiment—Coronagraph (PICTURE-C) che ha testato la capacità del coronografo di lavorare nello spazio per visualizzare gli esopianeti e i loro ambienti.

Componenti chiave dello strumento PICTURE-C

Il coronografo di PICTURE-C crea eclissi artificiali per attenuare o eliminare la luce delle stelle senza oscurare i pianeti illuminati dalle stelle. È progettato per catturare una debole cintura di asteroidi come oggetti molto vicini alla stella centrale.

Mentre un coronografo è necessario per l'imaging diretto di esopianeti, il nostro 6, Il dispositivo da 000 libbre include anche specchi deformabili per correggere la forma degli specchi del telescopio che vengono distorti a causa dei cambiamenti di gravità, sbalzi di temperatura e altre imperfezioni di fabbricazione.

Finalmente, l'intero dispositivo deve essere tenuto fermo nello spazio per periodi di tempo relativamente lunghi. Una gondola appositamente progettata dalla NASA chiamata Wallops Arc Second Pointer (WASP) trasportava PICTURE-C e ci separava. Un sistema di stabilizzazione dell'immagine interno progettato dai miei colleghi ha fornito la "mano ferma" necessaria.

Il volo inaugurale di PICTURE-C

Dopo molti test per dimostrare che tutti i sistemi erano pronti per il volo, il nostro team ha lanciato PICTURE-C la mattina del 29 settembre, 2019 da Ft. estate, Nuovo Messico.

Dopo il volo di prova di 20 ore che ha confermato che tutti i sistemi hanno funzionato bene, PICTURE-C è tornato sulla Terra usando il suo paracadute per atterrare dolcemente. L'esperimento è stato recuperato e restituito al nostro laboratorio. PICTURE-C non avrebbe dovuto scoprire alcun esopianeta durante il suo primo test. Ma volerà di nuovo su un altro pallone quando fotograferà diverse stelle per esplorare se qualcuna di esse ha cinture di asteroidi. Questi sarebbero più facili da vedere, e se siamo fortunati, scatterà un'inquadratura di un pianeta delle dimensioni di Giove nel settembre 2020.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.