Twee van de meest opwindende en meest boeiende onderwerpen in de ruimte en astronomie zijn tegenwoordig 1.) exoplaneten - planeten die in een baan om andere sterren draaien - en 2.) donkere materie - dat onbekende materiaal dat schijnbaar een aanzienlijk deel van ons universum uitmaakt. Er is momenteel een ruimtevaartuig in ontwikkeling dat kan helpen bij het beantwoorden van onze vragen over de vraag of er echt andere aardachtige planeten zijn en die aanwijzingen kunnen geven over de aard van donkere materie. Het ruimtevaartuig heet SIM - de Space Interferometry Mission. "We gaan op zoek naar andere aardes rond andere sterren", zegt Stephen Edberg, systeemwetenschapper voor de missie, "en door nauwkeurige massametingen van sterrenstelsels te maken, moeten we ook donkere materie kunnen meten."
Luister naar de podcast "365 Days of Astronomy" van 20 januari 2009 en mijn interview met Steve Edberg en / of lees hieronder meer over de SIM Lite-missie!
Het concept voor deze missie bestaat al een tijdje en het concept is in de loop van de tijd veranderd, waarbij de telescoop door verschillende incarnaties ging. Momenteel wordt de missie SIM Lite genoemd, omdat het ruimtevaartuig zelf kleiner is geworden, maar de spiegels voor de interferometer groter zijn geworden.
Terwijl interferometrie op radiogolflengten al meer dan 50 jaar wordt gedaan, is optische interferometrie pas recentelijk volwassen geworden. Optische interferometrie combineert het licht van meerdere telescopen om te presteren als een enkele, veel grotere telescoop. SIM Lite zal twee stellaire interferometersensoren met zichtbare golflengte hebben, evenals andere geavanceerde detectoren, die samenwerken om een uiterst gevoelige telescoop te creëren die buiten de atmosfeer van de aarde draait.
"Dit zijn instrumenten die posities in de lucht kunnen meten met een bijna ongelooflijke nauwkeurigheid", zegt Edberg. 'Stel je Buzz Aldrin voor die op de maan staat. Doe alsof hij een stuiver tussen duim en wijsvinger houdt. SIM kan de dikte van dat nikkel meten zoals gezien door iemand die op het aardoppervlak staat. Dat is een microboog-seconde, een heel klein deel van de lucht. ' Bekijk een video die dit weergeeft - (Quicktime nodig)
Met de mogelijkheid om dergelijke metingen te doen met SIM, zal het mogelijk zijn om de aanwezigheid van planeten af te leiden binnen ongeveer 30 lichtjaar van de aarde, en die planeten kunnen zo klein en licht zijn als de aarde. Vanaf nu verwacht het SIM-team een studie van tussen de 65 en 100 sterren over een missie van vijf jaar, op zoek naar analogen van de aarde, planeten ongeveer dezelfde massa als de aarde in een baan rond hun sterren in de bewoonbare zone, waar vloeibaar water zou kunnen bestaan.
Zo zou SIM Lite bijvoorbeeld een bewoonbare planeet rond de ster 40 Eridani A, 16 lichtjaar afstand, kunnen detecteren, bekend bij fans van de televisieserie "Star Trek" als de locatie van de thuisplaneet van Mr. Spock, Vulcan . Bekijk een filmpje met deze mogelijke detectie - (QuickTime nodig).
SIM zal een planeet niet direct detecteren, maar door de beweging te detecteren die het veroorzaakt in de bovenliggende ster. "Dat is een moeilijke taak, er is geen twijfel mogelijk", zei Edberg, "maar het wordt ingewikkeld, gebaseerd op wat we zien met ons eigen zonnestelsel en wat we hebben gezien in andere planetaire systemen. We weten dat er andere systemen zijn die meer dan één planeet hebben. Meerdere planeten kunnen de metingen verstoren. '
Maar SIM zou de planeten van verschillende grootte moeten kunnen detecteren die om andere sterren draaien. SIM Lite is onlangs geslaagd voor een dubbelblind onderzoek uitgevoerd door vier afzonderlijke teams die bevestigden dat de technologie van SIM de detectie van aardmassaplaneten tussen systemen met meerdere planeten mogelijk maakt, door de mogelijkheid te hebben om de massa van planeten met verschillende afmetingen te meten, tot Aarde massa.
"Op enkele uitzonderingen na werden alle planeten die we kennen gedetecteerd met behulp van een methode die radiale snelheid wordt genoemd", zei Edberg, "waar we kijken naar de periodieke beweging van de ster die op ons afkomt en regelmatig van ons weg beweegt. Maar als je zulke metingen doet, als je geen andere informatie hebt, weet je niet de oriëntatie van de baan van de planeten ten opzichte van de ster, of de massa van de ster of de planeet. "
Met de heetste sterren kan radiale snelheid niet worden gebruikt om naar planeten te zoeken. Maar SIM Lite zal in staat zijn om naar sterren te kijken in het diagram, van de coolste tot de heetste sterren.
"Tot dusver hebben we geen andere planeten ter grootte van de aarde gevonden", zei Edberg. (Zie ons artikel van 19-1-2009 over een planeet die mogelijk 1,4 keer de massa van de aarde zou kunnen zijn.) "Dus het vinden van analogen van de aarde rond sterren zoals de zon is echt het grote doel."
"Het is een groot vraagteken bij de andere planeten die we nu kennen - ik geloof dat we slechts ongeveer 10% van de massa van extrasolaire planeten kennen", zei Edberg.
Een tweede zoekprogramma voor de planeet, het 'brede onderzoek' genoemd, zal ongeveer 2000 sterren in ons sterrenstelsel onderzoeken om de prevalentieplaneten ter grootte van Neptunus en groter te bepalen.
SIM zal ook worden gebruikt om de afmetingen van sterren en afstanden van sterren te meten, en zal dit honderden malen nauwkeuriger kunnen doen dan voorheen mogelijk was. SIM Lite meet in de meeste gevallen ook voor het eerst de beweging van nabijgelegen sterrenstelsels. Deze metingen zullen helpen om de eerste metingen van de totale massa van individuele sterrenstelsels te geven. Dit alles zal wetenschappers in staat stellen de verdeling van donkere materie in ons eigen sterrenstelsel en het universum te schatten.
'Donkere materie staat bekend om zijn zwaartekracht', zegt Edberg. "Het lijkt geen interactie te hebben met normale materie zoals we die kennen. Om er meer aanwijzingen over te krijgen, willen we weten waar het is. '
SIM meet op twee verschillende schalen. De ene bevindt zich in het Melkwegstelsel, meet sterren en bolhopen en meet sterren die uit kleinere sterrenstelsels zijn gerukt die in een baan om de Melkweg draaien.
"We kunnen een massamodel van ons sterrenstelsel maken en uitvinden waar die massa is, inclusief wat veel donkere materie moet zijn", zei Edberg. “Als we meten hoe ons sterrenstelsel roteert, merk je dat het roteert als een vaste stof. In plaats van Kepleriaans te zijn, waarbij je denkt dat Mercurius sneller dan de Pluto om de zon gaat, helemaal van binnen de melkweg zo dicht als we kunnen meten tot het centrum, tot voorbij de afstand van de zon, roteert de Melkweg alsof het een solide is lichaam. Het is geen solide lichaam, maar dat betekent dat het een dichtheid moet hebben die constant is en dat betekent dat er veel meer materie is dan we kunnen zien. "
"Een ander ding dat we willen weten, is de concentratie van donkere materie in een cluster van sterrenstelsels", vervolgde Edberg. “De Melkweg maakt deel uit van de Lokale Groep van sterrenstelsels en SIM heeft de mogelijkheid om sterren binnen de individuele sterrenstelsels te meten, die op hun beurt kunnen worden gemodelleerd om ons te vertellen waar de donkere materie zich binnen de Lokale Groep bevindt. Dit is hypermodern. Dit is momenteel een van de grote mysteries in de astrofysica en de kosmologie. '
Extra zonneplaneten en donkere energie lijken misschien twee totaal verschillende dingen voor één ruimtevaartuig om naar te zoeken, maar Edberg zei dat dit een voorbeeld is van hoe alles met elkaar verbonden is.
'Om planeetmassa's te krijgen, moeten we de massa van de oudersterren kennen', zei hij. “SIM zal sterren meten, met name dubbelsterren, en de massa's van sterren bepalen voor een grote verscheidenheid aan stersoorten, en de afmetingen van de planeten die de reflexbeweging veroorzaken kunnen schatten. Om de metingen uit te voeren, en omdat sterren met planeten zich langs de hemel zullen verspreiden, moeten we een raster van sterren hebben dat de vaste punten zijn om ons als het ware breedte- en lengtegraad te geven. Als je precies weet waar St. Louis en Los Angeles zijn, dan is het veel gemakkelijker om te trianguleren waar de dingen tussen hen zijn. We moeten dit overal in de lucht doen, en om dat te doen, binden we dat aan de sterren, en SIM kan dat doen. Dit zijn fundamentele vragen waar we de antwoorden niet op weten, maar SIM helpt ons de antwoorden te vinden. "
Dus SIM Lite zoekt vanuit onze buurt naar de rand van het universum.
Wat is de status van dit toekomstige ruimtevaartuig?
"We staan momenteel in de wacht", zei Edberg. “We hebben onlangs de dubbelblinde test doorstaan om te laten zien dat SIM aardachtige planeten kan vinden in systemen met meerdere planeten. SIM ondergaat ook een decadale herziening om te beweren dat de gemeenschap van de astronomische wetenschap een missie als SIM nodig heeft om de fundamenten enorm te versterken. ”
Er wordt technisch werk verricht om de voorbereiding van de eigenlijke instrumenten voor te bereiden, maar om budgettaire redenen heeft NASA geen lanceringsdatum vastgesteld. "We denken dat we in 2015 klaar kunnen zijn voor lancering zodra we groen licht krijgen van NASA", zei Edberg, "en het groen licht hangt af van de decadale herziening, en de rapporten zouden over ongeveer een jaar uit moeten zijn."
SIM Lite zou een geheel nieuwe meetcapaciteit in de astronomie bieden. De bevindingen zouden waarschijnlijk op zichzelf staan, terwijl ze de capaciteiten van onze huidige en andere geplande toekomstige ruimteobservatoria aanvullen.
Kijk voor meer informatie over SIM op de missiewebsite.
