Исследователи совершили значительный шаг вперёд в области астрономии, преодолев один из её ключевых барьеров: созданный в Университете Аризоны коронограф не только «затеняет» свет звезды, но также способен впервые напрямую визуализировать экзопланеты на расстояниях ниже дифракционного предела — где традиционная оптика неэффективна. Это открытие позволяет увидеть тысячи планет, ранее скрытых в сиянии своих звёзд, и приближает нас к выявлению биомаркеров.
Сходство с поиском бактерии в свете фонаря здесь очевидно: звезда в миллионы раз ярче планеты, и это сочетание с дифракцией — естественным «размазыванием» света в телескопах — затрудняет различение объектов на малых угловых расстояниях. Новый инструмент преодолевает это ограничение благодаря многоплоскостному преобразователю света (MPLC). Он сортирует входящее излучение как математически описанные «узоры», в которых каждая мода соответствует определённому источнику. Свет звезды, занимая ведущую фундаментальную моду, устраняется, а сигналы от планет, полученные в высших модах, когерентно соединяются, обеспечивая изображение без фонового вмешательства.
Эксперименты с искусственной системой «звезда-планета» (контраст 1000:1) подтвердили, что данное устройство способно локализовать объекты с точностью менее 0.03σ, где σ является дифракционным пределом Рэлея. Для сравнения, это подобно различению двух монет на расстоянии 100 километров вместо ранее возможного 1 километра. Отличие от аналогов заключается в стремлении к квантовой оптимальности: коронограф теоретически достигает предельной эффективности обнаружения, минимизируя потери фотонов и данных. Вместо фиксирования лишь яркости формируется полноценное изображение, позволяющее не только подтвердить наличие планеты, но и определить её орбиту, выявить пылевые структуры и провести спектральный анализ атмосферы.
Технология уже совершенствуется для работы с широким диапазоном световых волн, что важно для поиска молекул, таких как кислород или метан, чьи спектральные линии распределены по разным диапазонам. Следующим этапом является увеличение стабильности во время когерентной рекомбинации мод: даже малейшие смещения оптических компонентов способны вызвать помехи при экстремально высоком контрасте. Решение видится во внедрении гибридных систем, где цифровая коррекция дополняет аналоговую оптику — аналогично тому, как в современных наушниках шумоподавление сочетает пассивную изоляцию с активными алгоритмами.
Эта технология имеет потенциал, выходящий за пределы экзопланетной астрономии: принцип пространственного распределения мод может значительно улучшить разрешение микроскопов для наблюдения за наночастицами в живых клетках, повысить точность квантовой связи за счёт удаления фонового шума и пересмотреть стандарты лидарных систем в автономных транспортных средствах. Для астрономии это сравнимо с запуском космического телескопа «Хаббл»: внедрение этой технологии в будущие проекты, такие как LUVOIR или HabEx, может к 2035 году каталогизировать сотни планет, схожих с Землёй, в радиусе 50 световых лет.
Источник: iXBT
