La ricerca di esopianeti ha ricevuto una spinta significativa negli ultimi anni grazie a telescopi sempre più potenti, terrestri e spaziali, e a tecniche di analisi del dato sempre più raffinate. Con il telescopio spaziale James Webb abbiamo appena iniziato a sondare più approfonditamente anche le atmosfere di questi questi mondi alieni mai pianeti rocciosi più piccoli, tipo il nostro, sono ancora difficili da trovare. Questi a volte potrebbero essere troppo vicini alla loro stella madre, il cui bagliore renderebbe le osservazioni complicate.

Sin dagli anni '30 del secolo scorso, gli astronomi hanno utilizzato vari modi per rimuovere l'accecamento causato da un oggetto luminoso e rilevare i corpi più deboli. Ad esempio, il coronografo viene utilizzato per vedere la corona solare in modo simile a ciò che accade durante un'eclissi di Sole. La stessa idea è stata estesa nella ricerca dei grandi pianeti in orbita attorno ad altre stelle, oscurando la luce queste ultime. Tuttavia, posizionando un tale elemento all'interno del telescopio per coprire una stella lontana anni luce richiede un grado di precisione notevole. Ma se posizionassimo il filtro nello spazio?

Ciò significherebbe avere due veicoli spaziali,  posti a un paio di migliaia di chilometri di distanza, uno usato come telescopio, l'altro come "ombra". Questo stratagemma permetterebbe agli astronomi di vedere i pianeti in orbita estremamente vicini alla loro stella madre.


Possibili applicazioni

Questa tecnica potrebbe essere particolarmente utile per mondi simili alla Terra in orbita nella zona abitabile delle nane rosse, che sono i mondi potenzialmente abitabili più comuni. Il problema è che le nane rosse sono stelle deboli e la luce stellare riflessa dai loro pianeti è ancora più debole. Quindi, anche con un dispositivo occultore, i pianeti potrebbero essere ancora troppo fiochi per essere osservati. Il nuovo articolo su arXiv sostiene che questo problema potrebbe essere risolto grazie a un tipo avanzato di ottica noto come fotonica.

Illustrazione di un sistema ibrido fotonico/coronografo. Credito: Desai, et al


Ottica fotonica

Mentre l’ottica tradizionale può catturare la luce debole, la fotonica funziona sulla scala dei singoli fotoni. Uno dei suoi usi comuni oggi è nella comunicazione in fibra ottica. In astronomia, la fotonica viene utilizzata per la spettroscopia ad alta risoluzione e i rilevatori di alcuni radiotelescopi.

In questo nuovo articolo, gli autori descrivono i modi in cui i coronografi come gli starshade, una sorta di dispositivo che fa ”ombra” nello spazio bloccando il riverbero delle stelle, potrebbero essere utilizzati in sinergia con i rilevatori fotonici, creando un sistema ibrido in grado di osservare pianeti molto più deboli.

"La migliore tecnologia attuale non è ancora abbastanza avanzata da raggiungere contrasti 10−10 a separazioni angolari ravvicinate e allo stesso tempo rimangono insensibili alle aberrazioni di ordine inferiore, come sarebbe necessario per ottenere immagini ad alto contrasto delle eso-Terre", scrivono gli autori. "Le tecnologie fotoniche potrebbero colmare questa lacuna, raddoppiando potenzialmente la resa dell’eso-Terra".
"Esaminiamo il lavoro attuale sui coronografi fotonici e investighiamo il potenziale dei progetti ibridi che combinano sia i progetti coronografici classici che le tecnologie fotoniche in un unico sistema ottico. Presentiamo due possibili sistemi. Innanzitutto, una soluzione ibrida che divide spazialmente il campo visivo in modo tale che la fotonica gestisca la luce all’interno dell’angolo di lavoro interno e un coronografo convenzionale che sopprima la luce stellare all’esterno. In secondo luogo, una soluzione ibrida in cui il coronografo convenzionale e la fotonica operano in serie, completandosi a vicenda".
"Poiché le tecnologie fotoniche continuano ad avanzare, un coronografo ibrido o completamente fotonico ha un grande potenziale per l’imaging futuro di esopianeti dallo spazio".

Gli osservatori starshade, come il proposto Habitable Exoplanet Observatory (HabEx), sono ancora molto lontani. Probabilmente bisognerà attendere il 2040 prima che un simile telescopio del genere possa essere lanciato. Quindi c’è tutto il tempo per sviluppare e migliorare la fotonica astronomica ma questo studio dimostra che potrebbe rivoluzionare il modo in cui vediamo l’Universo.