天文学者たちは、地球外生命体を探索する科学者のために太陽系外惑星のより鮮明な写真を撮ることを目指し、世界最大かつ最先端の超伝導カメラを建造している。
宇宙望遠鏡によって数千もの太陽系外惑星が検出されています。探査機に搭載された観測機器は、惑星が軌道上で恒星を横切る際に恒星から放射される光の特徴的な減衰を探します。この単純な変化は、恒星を周回する異星の存在の可能性を示唆しています。
しかし、これらの神秘的で非常に遠く離れた惑星を撮影し、実際の様子を少しでもよく把握するのは、はるかに困難な作業です。個々の惑星を明るい太陽を背景に見つけることは難しい場合があり、また、さまざまなノイズや斑点を除去する必要があります。
しかし、アメリカの大規模な天文学者チームは、「DARKNESS」と名付けられた装置でこれらの課題を克服しようとしています。これはダークスペックル近赤外線エネルギー分解超伝導分光光度計（Dark-speckle Near-infrared Energy-resolved Superconducting Spectrophotometer）の略で、地球に設置された1万画素の積分視野分光器です。
「太陽系外惑星の写真を撮るのは極めて困難だ。恒星が惑星よりはるかに明るく、惑星が恒星に非常に近いからだ」と、81万1000ドルのプロジェクトを率いるカリフォルニア大学サンタバーバラ校の物理学教授、ベンジャミン・メイジン氏は今週初めに説明した。
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DARKNESSは、光学および近赤外線マイクロ波運動インダクタンス検出器（MKID）のアレイを用いて、天空のスナップショットのコントラストを向上させます。これらの検出器は超伝導膜を備えており、吸収された光子の到達時間、波長、位置を測定することで、科学者が微かな異星世界と単なる光の粒を区別するのを支援します。
実装の詳細は、月曜日に太平洋天文学会の出版物に掲載された論文 [PDF] に記載されています。
「この技術によりコントラストの下限が下がり、より暗い惑星も発見できるようになる」とマジン氏は語った。
「光子ノイズの限界に近づき、コントラスト比を10-8に近づけることで、恒星の1億分の1の暗い惑星を観測できるようになることを期待しています。このコントラストレベルであれば、反射光で惑星を観測できるようになり、探査可能な惑星の全く新しい領域が拓かれるのです。」
MKIDのノイズを可能な限り低減するため、DARKNESSには約-273.05℃（100ミリケルビン）以下の温度を維持できるクライオスタット冷凍ユニットが搭載されています。DARKNESSは現在、カリフォルニア州サンディエゴ近郊にあるパロマー天文台の口径200インチ・ヘール望遠鏡で性能試験が行われています。これまでに4回の試験運用が行われています。研究者らは今後、さらなる実験を行い、特定の惑星に焦点を当てることでDARKNESSの性能調整を行う予定です。
将来的には、ハワイ島の休火山であるマウナケアに建設予定の、はるかに大型の30メートル望遠鏡にこの技術が応用されることを期待している。
「これにより、近傍の低質量星のハビタブルゾーンにある惑星の画像を撮影し、その大気中に生命が存在するかどうかを探ることができるようになります。これが長期的な目標であり、今回の成果はそれに向けた重要な一歩です」とマジン氏は述べた。®
