Två av de hetaste och mest engagerande ämnena i rymden och astronomin i dag är 1.) exoplaneter - planeter som kretsar kring andra stjärnor - och 2.) mörk materia - det okända saker som till synes utgör en betydande del av vårt universum. Det finns ett rymdskepp för närvarande under utveckling som kan hjälpa till att svara på våra frågor om det verkligen finns andra jordliknande planeter där ute, samt ge ledtrådar till den mörka materiens natur. Rymdskeppet kallas SIM - Space Interferometry Mission. "Vi letar efter andra jordar runt andra stjärnor," sa Stephen Edberg, systemforskare för uppdraget, "och genom att göra exakta massmätningar av galaxer, borde vi också kunna mäta mörk materia."
Lyssna på Podcast den 20 januari 2009 “365 Days of Astronomy” och min intervju med Steve Edberg, och / eller läs mer om SIM Lite-uppdraget nedan!
Konceptet för detta uppdrag har funnits en stund, och konceptet har förändrats över tid, med teleskopet som går igenom olika inkarnationer. För närvarande kallas uppdraget SIM Lite, eftersom själva rymdskeppet har blivit mindre, men speglarna för interferometern har blivit större.
Medan interferometri vid radiovåglängder har gjorts i över 50 år har optisk interferometri först mogit nyligen. Optisk interferometri kombinerar ljuset från flera teleskop för att fungera som ett enda, mycket större teleskop. SIM Lite kommer att ha två synliga våglängdsstjärniga interferometersensorer - liksom andra avancerade detektorer, som kommer att arbeta tillsammans för att skapa ett extremt känsligt teleskop, som kretsar utanför jordens atmosfär.
"Det här är instrument som kan mäta positioner på himlen till nästan otrolig noggrannhet," sade Edberg. ”Tänk dig Buzz Aldrin som står på månen. Låtsas att han håller ett nickel mellan tummen och pekfingret. SIM kan mäta tjockleken på det nicklet sett av någon som står på jordytan. Det är en mikrobågsekund, en mycket liten bråkdel av himlen. ” Se en video som visar detta - (Quicktime behövs)
Med förmågan att göra sådana mätningar med SIM kommer det att vara möjligt att dra slutsatsen att det finns planeter inom cirka 30 ljusår från jorden, och planeterna kan vara lika små och låga som jorden. Från och med nu räknar SIM-teamet med att studera mellan 65 och 100 stjärnor under ett femårigt uppdrag och letar efter jordanaloger, planeter ungefär samma massa som Jorden som kretsar runt sina stjärnor i den bebodda zonen, där flytande vatten skulle kunna existera.
Så till exempel skulle SIM Lite kunna upptäcka en bebodd planet runt stjärnan 40 Eridani A, 16 ljusår bort, känd för fans av TV-serien “Star Trek” som platsen för Mr. Spocks hemplanet, Vulcan . Se en film som visar denna möjliga upptäckt - (QuickTime behövs).
SIM kommer inte att upptäcka en planet direkt, men genom att upptäcka rörelsen den orsakar i moderstjärnan. "Det är en svår uppgift, det är ingen fråga," sade Edberg, "men det blir komplicerat, baserat på vad vi ser med vårt eget solsystem och vad vi har sett i andra planetsystem. Vi vet att det finns andra system där ute som har mer än en planet. Flera planeter kan förvirra mätningarna. ”
Men SIM borde kunna upptäcka planeten i olika storlekar som kretsar runt andra stjärnor. SIM Lite passerade nyligen en dubbelblind studie utförd av fyra separata team som bekräftade att SIM: s teknik kommer att möjliggöra detektering av jordmassaplaneter bland flera planetssystem, genom att ha förmågan att mäta massan på olika storlekar på planeter, till så låg jord-massa.
"Med några få undantag upptäcktes alla planeter som vi känner till med hjälp av en metod som kallas radiell hastighet," sade Edberg, "där vi tittar på den periodiska rörelsen av stjärnan som kommer mot oss och rör sig bort från oss regelbundet. Men när du gör sådana mätningar, när du inte har någon annan information, vet du inte riktningen på planets bana i förhållande till stjärnan eller massan av varken stjärnan eller planeten. "
Med de hetaste stjärnorna kan radiell hastighet inte användas för att leta efter planeter. Men SIM Lite kommer att kunna titta på stjärnor tydliga över diagrammet från de coolaste till de hetaste stjärnorna.
"Hittills har vi inte hittat några andra jordstorlekar," sade Edberg. (Se vår artikel från 1/19/2009 om en planet som eventuellt kan vara 1,4 gånger jorden.) "Så att hitta jordanaloger runt stjärnor som solen är verkligen det stora målet."
"Det är ett stort frågetecken i de andra planeterna vi vet om nu - jag tror att vi bara vet cirka 10% av massorna av extrasolära planeter," sade Edberg.
Ett andra planeringssökningsprogram, kallat ”den breda undersökningen”, kommer att undersöka ungefär 2000 stjärnor i vår galax för att bestämma prevalensplaneterna på storleken av Neptunus och större.
SIM kommer också att användas för att mäta storleken på stjärnor, såväl som avstånd från stjärnor, och kunna göra det flera hundra gånger mer exakt än tidigare möjligt. SIM Lite kommer också att mäta rörelsen hos närliggande galaxer, i de flesta fall, för första gången. Dessa mätningar hjälper till att tillhandahålla de första totalmassamätningarna av enskilda galaxer. Allt detta kommer att göra det möjligt för forskare att uppskatta fördelningen av mörk materia i vår egen galax och universum.
"Mörk materia är känd för sin gravitationspåverkan," sade Edberg. ”Det verkar inte interagera med normal materia som vi känner till det. För att få fler ledtrådar om det vill vi veta var det är. ”
SIM kommer att mäta på två olika skalor. En är inom Vintergalaxen, gör mätningar av stjärnor och kulakluster och gör mätningar av stjärnor som har rivits ur mindre galaxer som kretsar om Vintergatan.
"Vi kan göra en massmodell av vår galax och ta reda på var den massan är, inklusive vad som måste vara mycket mörk materia," sade Edberg. ”När vi gör mätningar av hur vår galax roterar upptäcker du att den roterar som ett fast ämne. Istället för att vara Keplerian, där du tänker på att Merkurius går runt solen snabbare än Pluto, från hela vägen inuti galaxen så nära som vi kan mäta till centrum, ut till bortom solens avstånd, roterar Vintergatan som om det är en solid kropp. Det är inte en solid kropp, men det betyder att den måste ha en densitet som är konstant hela vägen och det betyder att det finns mycket mer materia än vi kan se. "
"En annan sak som vi skulle vilja veta är koncentrationen av mörk materia i kluster av galaxer," fortsatte Edberg. ”Vintergatan är en del av den lokala gruppen av galaxer, och SIM har förmågan att mäta stjärnor inom de enskilda galaxerna, som i sin tur kan modelleras för att berätta var den mörka materien är inom den lokala gruppen. Det här är banbrytande. Detta är ett av de stora mysterierna just nu inom astrofysik och kosmologi. ”
Extra solplaneter och mörk energi kan verka som två helt olika saker för ett rymdskepp att leta efter, men Edberg sa att detta är ett exempel på hur allt är bundet ihop.
”För att få planetmassor måste vi känna till moderstjärnornas massor,” sade han. ”SIM kommer att göra mätningar av stjärnor, särskilt binära stjärnor, och bestämma massorna av stjärnor för en mängd olika stjärntyper och kunna uppskatta storleken på planeterna som orsakar reflexrörelsen. För att göra mätningarna, och eftersom stjärnor med planeter kommer att spridas runt himlen, måste vi ha ett rutnät av stjärnor som är de fasta punkterna för att ge oss latitud och longitud, så att säga. Om du vet exakt var St. Louis och Los Angeles är, är det mycket lättare att triangulera var saker mellan dem är. Vi måste göra detta runt himlen, och för att göra det binder vi oss till stjärnorna, och SIM kan göra det. Det här är grundläggande frågor som vi inte vet svaret på, men SIM hjälper oss att hitta svaren. "
Så, SIM Lite kommer att söka från vårt grannskap till universumets kant.
Vad är statusen för detta framtida rymdfarkoster?
"Vi håller på med just nu," sade Edberg. ”Vi har nyligen godkänt dubbelblindtestet för att visa att SIM kan hitta jordliknande planeter i system som har flera planeter. SIM genomgår också en decadalgranskning för att säkerställa att det astronomiska vetenskapssamhället måste ha ett uppdrag som SIM för att stärka grunden enormt. ”
Tekniskt arbete görs för att förbereda för att bygga de verkliga instrumenten, men av budgetskäl har NASA inte fastställt något lanseringsdatum. "Vi tror att vi skulle kunna vara redo att lanseras till 2015 när vi har kommit från NASA," sade Edberg, "och framtiden beror på decadalgranskningen och rapporterna bör vara ute om ett år."
SIM Lite skulle ge en helt ny mätförmåga inom astronomi. Resultaten kommer troligen att stå fast på egen hand samtidigt som de kompletterar kapaciteten hos vår nuvarande liksom andra planerade framtida rymdobservatorier.
För mer information om SIM, kolla in på uppdragets webbplats.
