Illustratie van de James Webb-telescoop. Credit: Northrop Grumman.
Astronomen maakten de ruimtetelescoop tot vijftien keer gevoeliger voor exoplaneten. ‘Methodologisch is dit een grote stap.’
Astronomen hebben in twee jaar oude beelden van de ruimtetelescoop James Webb een reuzenplaneet teruggevonden die er tot nu toe ‘onzichtbaar’ was. Ze deden dat met een rekenmethode die de telescoop nabootst in de computer en zo het sterlicht veel nauwkeuriger wegpoetst.
Een planeet bij een andere ster fotograferen is als een kaarsvlam zoeken naast een vuurtoren, vanop een schip op zee. ‘Planeten zijn een miljoen keer zwakker dan hun ster’, zegt Rodrigo Ferrer-Chavez van Northwestern University, die het onderzoek leidde, in een persbericht. Telescopen dekken de ster daarom af met een plaatje.
Maar spiegels en camera’s zijn nooit perfect. ‘Optische imperfecties zorgen ervoor dat er altijd wat sterlicht over de lichtzwakke planeet gestrooid wordt’, vertelt astronoom Frans Snik van de Sterrenwacht Leiden, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Digitale tweeling
Al twintig jaar lossen sterrenkundigen dat op met een tweede foto. Ze fotograferen een andere ster en trekken dat beeld af van het eerste. Alleen staat geen enkele telescoop perfect stil: spiegels zetten bijvoorbeeld uit en krimpen, en koelmotoren trillen. Een verschuiving van een paar nanometer, wat tienduizenden keren dunner is dan een mensenhaar, verandert het gelekte licht al. De twee foto’s passen dus nooit precies op elkaar. ‘Huidige algoritmes pakten dit probleem altijd ‘blind’ aan’, zegt Snik. Ze trekken af wat ze zien, zonder te weten waar het licht vandaan komt.
Deze nieuwe methode doet dat wel. De onderzoekers bouwden een digitale tweeling van de camera. Het is een model dat narekent hoe licht van een ster via de spiegels op de sensor valt. De computer stuurde miljoenen instellingen van dat model bij, tot het nagebootste beeld samenviel met de echte opname. Dat nagebootste sterlicht trokken ze vervolgens af.
De methode werd getest op opnames die James Webb maakte van drie sterren. De telescoop werd er 2 tot 15 keer gevoeliger door voor lichtzwakke planeten. Bij de ster 51 Eridani dook zo een reuzenplaneet op die de gewone methode in de beelden had gemist. Die planeet was al bekend: telescopen op aarde hadden haar eerder gefotografeerd.
‘Methodologisch is dit een grote stap’, vindt Snik. Oude methodes liepen immers ook het risico een echte planeet weg te rekenen. ‘Omdat dit nieuwe algoritme echt de fysica van het instrument beschrijft, is de kans veel kleiner dat het per ongeluk ook het signaal van de planeet beschrijft en zo weghaalt.’
‘Uiteindelijk hebben we alle technieken naast en achter elkaar nodig’
Nieuwe planeten zijn met de methode nog niet gevonden. Webb kan er wel een paar vinden, verwacht Snik, maar dat kost telescooptijd. ‘En die is niet zomaar beschikbaar, want heel veel andere sterrenkundigen willen de telescoop ook graag gebruiken.’
Op termijn telt de methode vooral voor de opvolgers van Webb. Planeten zoals de aarde zijn zo’n tien miljard keer zwakker dan hun ster en staan er ook veel dichter bij. De toekomstige telescoop waarmee NASA ze wil fotograferen, zou 100 tot 1.000 keer stabieler moeten zijn dan Webb. Bovendien krijgt die spiegels die voortdurend een heel klein beetje van vorm veranderen, om onvolkomenheden in het beeld meteen weg te werken. ‘Uiteindelijk hebben we alle technieken naast en achter elkaar nodig’, zegt Snik. Verwacht dus nog geen foto van een tweede aarde.
Bron: Northwestern University, Evanston, Verenigde Staten
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.