We zijn niet alleen in het heelal - Planeten vinden rond nabije sterren

Ik deed onderzoek en schreef een masterscriptie over het vinden van exoplaneten. Exoplaneten zijn planeten (zoals de aarde en onze zeven naaste buren) die zich buiten ons zonnestelsel bevinden. Astronomen zoeken al jaren naar exoplaneten en vonden in 1995 de eerste die rond een zonachtige ster draaide. Sindsdien hebben veel onderzoekers er veel meer gezocht en gevonden; en ze hebben allerlei technieken ontwikkeld om ze te vinden. Ik heb bestudeerd hoe sommigen instrumenten hebben gebouwd om een technologisch geavanceerd beeld (niet te vergelijken met uw mobiele telefoon) te maken van een exoplaneet die rond zijn gastheerster draait, en nieuwe vorderingen hebben gemaakt bij de nabewerking en gegevensreductietechnieken die gebruikelijk zijn in de vele gebieden van de waarnemingsastronomie.

Deze optische en telescopische technologieën zijn gekoppeld aan software en rekenkundige codering om de beste beelden te maken voor het zien van zwakke exoplaneten tegen de achtergrond van nabijgelegen sterlicht en de duisternis van de ruimte. Hier heb ik onderzocht hoe verschillende technieken om gegevens van de SPHERE-telescoop in Chili te manipuleren kunnen leiden tot een betere en sterkere waarneming van een verre planeet die rond zijn gastheerster draait. In het bijzonder heb ik gegevens verzameld van vier verschillende waarnemingen van de ster Beta Pictoris en de beste manier gevonden om het signaal van zijn exoplaneet, Beta Pictoris b, te versterken voor elk van de verschillende scheidingen tussen de exoplaneet en zijn gastheerster voor elk van de vier waarnemingen.

De in mijn onderzoek gebruikte technieken zijn Angular Differential Imaging (ADI), Spectral Differential Imaging (SDI), Angular-Spectral Differential Imaging (ASDI), Spectral-Angular Differential Imaging (SADI) en Combined Differential Imaging (CODI). Al deze technieken kunnen worden gekoppeld aan Principal Component Analysis (PCA), waarmee de grote hoeveelheid beschikbare gegevens verder kan worden vereenvoudigd en verminderd.

ADI vindt plaats nadat een telescoop gedurende een bepaalde tijd meerdere beelden van een ster heeft gemaakt. Het is het aftrekken van elk beeld van het gemiddelde van alle beelden, en vervolgens het roteren en stapelen van de differentiële beelden zodat een exoplaneet zich op dezelfde plaats in die beelden bevindt (dit is mogelijk dankzij de Altitude-Azimouth mount die SPHERE roteert tijdens zijn tracking en observaties).

SDI is een vergelijkbaar proces, waarbij elk van de (39) golflengtebeelden (behalve de grootste) wordt vergroot tot het formaat van de grootste; door het wegsnijden van het buitenste deel van de kleinere golflengtebeelden kan een standaard- of basisbeeld worden gemaakt. Dit basisbeeld wordt vervolgens aangepast aan elk waargenomen beeld en vervolgens afgetrokken om de planeet op dezelfde plaats in de nieuwe beelden te laten staan.

ASDI voert de methoden van ADI gevolgd door SDI uit op een reeks waargenomen beelden, terwijl SADI hetzelfde is in omgekeerde volgorde. CODI voert de twee methoden van ADI en SDI tegelijkertijd uit op de gegevens van de waarneming.

Hoewel de resultaten het best grafisch kunnen worden weergegeven en er meer dan een paar woorden nodig zijn om ze nauwkeurig te beschrijven, kunnen we de resultaten generaliseren of vereenvoudigen door te zeggen dat het gebruik van complexere datareducties (ASDI, SADI en CODI) een beter contrast mogelijk maakt tussen een gastheerster en zijn waargenomen exoplaneet. Dit wordt verder verbeterd door het gebruik van kleine, maar niet unaire PCA's in de verschillende reducties. In het geval van de beste (2020) waarneming van Beta Pictoris vond ik dat het gebruik van SADI beter was dan het gebruik van ASDI en dat PCA-componenten van 2 en 6 voor respectievelijk de SDI- en ADI-technieken zorgden voor het helderste exoplaneetsignaal en de beste detectie.

Hierboven: De exoplaneet beta pictoris b is te zien in een baan 

om zijn ster. ster op verschillende tijdstippen (2015, 2016, 2018 

en 2020).

Rechts: De heat maps van PCA gebruikt voor ADI en SDI in 

de data reductietechnieken toegepast tijdens de planetaire 

signaalvergroting. 

Onder: Het planetaire signaal gezien in de waarneming van 

2020 als een functie van de afstand tot de gastheerster, voor 

elk van de golflengten kanalen van het SPHERE-instrument.