Việc săn tìm các hành tinh ngoài Hệ Mặt trời của chúng ta đã dẫn đến việc phát hiện ra hàng ngàn ứng cử viên trong vài thập kỷ qua. Hầu hết trong số này là những người khổng lồ khí có kích thước từ siêu sao Mộc đến các hành tinh có kích cỡ sao Hải Vương. Tuy nhiên, một số loài cũng đã được xác định là có bản chất giống như Trái đất, có nghĩa là chúng có đá và quỹ đạo trong các khu vực có thể ở được.
Thật không may, việc xác định những điều kiện có thể giống như trên bề mặt của chúng là khó khăn, vì các nhà thiên văn học không thể nghiên cứu trực tiếp các hành tinh này. May mắn thay, một nhóm quốc tế do nhà vật lý UC Santa Barbara dẫn đầu là Benjamin Mazin đã phát triển một nhạc cụ mới có tên là DARKNESS. Máy ảnh siêu dẫn này, là máy ảnh lớn nhất và tinh vi nhất thế giới, sẽ cho phép các nhà thiên văn học phát hiện các hành tinh xung quanh các ngôi sao gần đó.
Nhóm nghiên cứu, trong đó nghiên cứu chi tiết về thiết bị của họ, có tên là DARKNESS: Máy dò cảm ứng động học vi sóng Máy quang phổ trường tích phân cho thiên văn học có độ tương phản cao, gần đây đã xuất hiện trong Ấn phẩm của Hiệp hội Thiên văn Thái Bình Dương. Nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Benjamin Mazin, Chủ tịch tồi tệ nhất về Vật lý Thực nghiệm tại UCSB, và cũng bao gồm các thành viên từ Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA, Viện Công nghệ California, Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi và nhiều trường đại học.
Về cơ bản, cực kỳ khó khăn cho các nhà khoa học nghiên cứu ngoại hành tinh trực tiếp vì sự can thiệp gây ra bởi các ngôi sao của họ. Như Mazin đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của UCSB, việc chụp ảnh một hành tinh ngoại là vô cùng khó khăn vì ngôi sao này sáng hơn nhiều so với hành tinh và hành tinh này rất gần với ngôi sao. Do đó, các nhà thiên văn học thường không thể phân tích ánh sáng bị phản xạ từ bầu khí quyển hành tinh để xác định thành phần của nó.
Những nghiên cứu này sẽ giúp đặt ra những hạn chế bổ sung về việc một hành tinh có khả năng sinh sống hay không. Hiện tại, các nhà khoa học buộc phải xác định xem một hành tinh có thể hỗ trợ sự sống dựa trên kích thước, khối lượng và khoảng cách từ ngôi sao của nó hay không. Ngoài ra, các nghiên cứu đã được tiến hành đã xác định liệu nước có tồn tại trên bề mặt hành tinh hay không dựa trên cách khí quyển của nó mất hydro vào không gian.
Máy quang phổ siêu dẫn phân giải năng lượng gần hồng ngoại DARK-đốm (hay còn gọi là DARKNESS), máy quang phổ trường tích phân 10.000 pixel đầu tiên, tìm cách khắc phục điều này. Kết hợp với kính viễn vọng lớn và quang học thích nghi, nó sử dụng Máy dò cảm ứng vi sóng để nhanh chóng đo ánh sáng phát ra từ một ngôi sao ở xa, sau đó gửi tín hiệu trở lại gương cao su có thể hình thành hình dạng mới 2.000 lần một giây.
MKID cho phép các nhà thiên văn xác định năng lượng và thời gian đến của từng photon, điều này rất quan trọng khi phân biệt một hành tinh với ánh sáng tán xạ hoặc khúc xạ. Quá trình này cũng giúp loại bỏ nhiễu đọc và dòng điện tối - nguồn gây lỗi chính trong các thiết bị khác - và làm sạch sự biến dạng của khí quyển bằng cách triệt tiêu ánh sáng sao.
Mazin và các đồng nghiệp đã khám phá công nghệ MKID trong nhiều năm qua Phòng thí nghiệm Mazin, một phần của Khoa Vật lý UCSB. Như Mazin đã giải thích:
Công nghệ này sẽ hạ tầng tương phản để chúng ta có thể phát hiện các hành tinh mờ hơn. Chúng tôi hy vọng đạt được giới hạn nhiễu photon, sẽ cho chúng ta tỷ lệ tương phản gần bằng 10-8, cho phép chúng ta nhìn thấy các hành tinh mờ hơn 100 triệu lần so với ngôi sao. Ở các mức độ tương phản đó, chúng ta có thể thấy một số hành tinh trong ánh sáng phản xạ, mở ra một miền hoàn toàn mới của các hành tinh để khám phá. Điều thực sự thú vị là đây là một công cụ tìm đường công nghệ cho thế hệ kính viễn vọng tiếp theo.
DARKNESS hiện đang hoạt động trên Kính thiên văn Hale 200 inch tại Đài thiên văn Palomar gần San Diego, California, nơi nó là một phần của hệ thống quang học thích nghi cực mạnh PALM-3000 và Stellar Double coremony. Trong một năm rưỡi qua, nhóm đã thực hiện bốn lần chạy với máy ảnh DARKNESS để kiểm tra tỷ lệ tương phản của nó và đảm bảo nó hoạt động tốt.
Vào tháng 5, nhóm sẽ quay trở lại để thu thập thêm dữ liệu về các hành tinh gần đó và chứng minh sự tiến bộ của họ. Nếu mọi việc suôn sẻ, DARKNESS sẽ trở thành máy ảnh đầu tiên trong số nhiều máy ảnh được thiết kế để chụp ảnh các hành tinh xung quanh các ngôi sao loại M (sao lùn đỏ) gần đó, nơi nhiều hành tinh đá đã được phát hiện trong những năm gần đây. Ví dụ đáng chú ý nhất là Proxima b, quay quanh hệ sao gần nhất với chính chúng ta (Proxima Centauri, cách khoảng 4,25 năm ánh sáng).
Hy vọng của chúng tôi là một ngày nào đó chúng tôi sẽ có thể chế tạo một thiết bị cho Kính viễn vọng Ba mươi mét được lên kế hoạch cho Mauna Kea trên đảo Hawaii hoặc La Palma, ông Maz Mazin nói. Với điều đó, chúng tôi sẽ có thể chụp ảnh các hành tinh trong khu vực có thể ở của những ngôi sao có khối lượng thấp gần đó và tìm kiếm sự sống trong bầu khí quyển của chúng. Đó là mục tiêu dài hạn và đây là một bước quan trọng đối với điều đó.
Ngoài nghiên cứu về các hành tinh đá gần đó, công nghệ này cũng sẽ cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu các xung chi tiết hơn và xác định sự dịch chuyển của hàng tỷ thiên hà, cho phép đo chính xác hơn về tốc độ mở rộng của Vũ trụ. Điều này, đến lượt nó, sẽ cho phép các nghiên cứu chi tiết hơn về cách thức Vũ trụ của chúng ta phát triển theo thời gian và vai trò của Dark Energy.
Những công nghệ này và các công nghệ khác, như tàu vũ trụ Starshade của NASA đề xuất và người khai thác mDot Stanford Stanford, sẽ cách mạng hóa các nghiên cứu ngoại hành tinh trong những năm tới. Kết hợp với kính thiên văn thế hệ tiếp theo - chẳng hạn như Kính viễn vọng không gian James Webb và Xuyên qua vệ tinh khảo sát Exoplanet (TESS), được ra mắt gần đây - các nhà thiên văn học sẽ không chỉ có thể khám phá nhiều hơn theo cách ngoại hành tinh, mà còn có thể mô tả chúng như chưa từng có trước đây.
