Die Kamera, die den Namen DARKNESS (DARK-speckle Near-infrared Energy-resolved Superconducting Spectrometer) getauft wurde, nutzt extrem empfindliche supraleitende Detektoren, um durch Teleskope das Licht weit entfernter Planeten einzufangen, wie space.com berichtet. Derartige Sensoren wurden bislang nur im Submillimeterwellenbereich und für Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung eingesetzt.
Neuartige Lichtsensoren
Durch diesen neuen Ansatz können einige Limitationen, die alle Halbleitersensoren in heutigen Teleskopkameras aufweisen, umgangen werden. „Wenn ein einzelnes Photon mit einer Energie von mehr als einem Elektronenvolt einen Halbleitersensor trifft, wird ein Elektron freigesetzt. Bei einem Supraleitersensor werden durch ein identisches Photon 5.000 bis 10.000 Elektronen freigesetzt. Dadurch können wir mehr Elektronen messen und so Dinge tun, die mit Halbleitern unmöglich wären“, sagt Ben Mazin, der das Entwicklerteam leitet.
Die neuartigen Lichtsensoren werden MKIDs genannt (Microwave Kinetic Inductance Detectors) und funktionieren nur bei extrem niedrigen Temperaturen von etwa einem Zehntelgrad Celsius über dem absoluten Nullpunkt. Sie bestehen aus Platin-Silicid und werden mit einem Kondensator zu einem Oszillator zusammengeschaltet. Wenn ein Photon den Supraleiter trifft, wird die Resonanzfrequenz des Oszillators verschoben. „Wir messen diese Verschiebung und können daraus ableiten, wann ein Photon eintrifft und wie hoch seine Energie ist“, sagt Mazin. Dieses System ist extrem sensibel und sollte es erlauben, das reflektierte Licht von Planeten, die um naheliegende Sterne kreisen, einzufangen.
Ausgleich von Störungen
Der Sensor verfügt derzeit über 10.000 Pixel, die Auflösung ist also relativ gering. Bislang war es überhaupt nicht möglich, Exoplaneten direkt zu detektieren. Heutige Ansätze nutzen entweder die Verdunkelung von Sternen durch vorbeiziehende Planeten oder das minimale Wackeln der Sterne, das durch umlaufende Planeten verursacht wird. DARKNESS soll hingegen direkt ein Bild vom Stern mit seinen Planeten aufnehmen. „Wir könnten sogar das Spektrum des Lichts vom Planeten analysieren, das ist aber technisch extrem aufwändig“, sagt Mazin.
Die Kamera hat ihre ersten vier Testläufe am 5-Meter-Teleskop Hale am Palomar Observatorium in San Diego absolviert. Ein großes Problem stellt die Erdatmosphäre dar, die auch für das Funkeln der Sterne verantwortlich ist. „Wir versuchen, einen winzigen Lichtpunkt in der Nähe einer sehr hellen Lichtquelle zu finden. Die Atmosphäre macht das alles zu einem verwaschenen Brei. Wir verwenden eine adaptive Optik, um die Störungen auszugleichen“, sagt Mazin. In wenigen Monaten soll eine verbesserte Version von DARKNESS mit 20.000 Pixel auf einem 8-Meter-Teleskop auf Hawaii getestet werden.
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„Durch den größeren Spiegel werden wir viel mehr sehen können. Wir hoffen, dass wir dort erstmals einen Exoplaneten sehen werden“, sagt Mazin. In Zukunft hoffen die Entwickler der Kamera, dass die Technologie auch bei 30-Meter-Teleskopen Anwendung finden wird. Damit sollten sich die Spektren von nahegelegenen Exoplaneten analysieren lassen, wodurch auch Hinweise auf außerirdisches Leben entdeckt werden könnten.