Гавайские астрономы разработали сверхчувствительные детекторы для обнаружения экзопланет, похожих на Землю

Исследователи Гавайского университета сделали значительный шаг вперёд в создании новых датчиков для обнаружения экзопланет, потенциально пригодных для жизни. Они разработали ультрачувствительные инфракрасные сенсоры на основе лавинных фотодиодов, способные воспринимать одиночные фотоны света, исходящие от отдалённых планет.

Поиск экзопланет земного типа является одной из приоритетных задач современной астрофизики. Хотя на сегодняшний день открыто множество экзопланет, большинство из них обнаружены косвенными методами, анализируя изменения в свете их материнских звёзд. Однако напрямую увидеть такие планеты и исследовать их атмосферные особенности крайне важно для определения их пригодности для жизни.

Эта задача чрезвычайно сложна, так как яркость экзопланет примерно в 10 миллиардов раз меньше, чем у их звёзд, и они находятся в непосредственной близости к ним. Учёные сравнивают такие условия с поиском светлячка у яркого прожектора на расстоянии 500 километров.

Благодаря специфическому «лавинному» слою, новые датчики, разработанные гавайскими астрономами при поддержке NASA, способны фиксировать исключительно слабые сигналы, усиливая сигнал от одиночного фотона до уровня, где шумовые искажения не оказывают влияния.

«На первых порах было трудно оценить экстремальную чувствительность наших детекторов, — говорит профессор Майкл Боттом, ведущий проект. — Наш испытательный бокс, изначально созданный для проверки инфракрасных сенсоров телескопа «Джеймс Уэбб», должен был быть абсолютно герметичен для света. Однако при установке лавинных фотодиодов мы обнаружили утечки со скоростью один фотон в час — количество, изначально недоступное для предыдущих поколений сенсоров».

Современная версия этих сенсоров обладает мегапиксельным форматом, увеличенным в десять раз по сравнению с предыдущими моделями, и имеет встроенные схемы для нейтрализации электронного дрейфа. Конструкция пикселей и управляющей электроники позволяет заменить ими существующие инфракрасные сенсоры в астрономических приборах.

В прошлом году команда впервые протестировала новые датчики на ночном небе с помощью 2,2-метрового телескопа Гавайского университета. «Мы были поражены тем, как лавинный процесс проявляется в реальных условиях. С увеличением усиления становилось всё больше видно звёзд», — поделился Гийом Юбер, аспирант и участник проекта.

Несмотря на значительный прорыв, учёные отмечают, что необходимы дальнейшие улучшения. Текущий мегапиксельный формат всё ещё недостаточен для ряда научных исследований, особенно в спектроскопии. Будущие разработки будут направлены на увеличение однородности детекторов и уменьшение эффекта остатков изображений. В следующем поколении планируется увеличить размеры сенсоров в четыре раза, чтобы соответствовать требованиям будущих обсерваторий NASA, которые будут заниматься поиском и исследованием обитаемых миров, схожих с Землёй.

Источник: iXBT