Khái niệm Kính thiên văn Lai HOEE Tích hợp Tấm chắn Sao để Tìm kiếm Ngoại hành tinh

Mục tiêu cốt lõi trong việc tìm kiếm các ngoại hành tinh vẫn là khám phá những thế giới có đặc điểm tương tự Trái Đất, nơi có thể tồn tại các thành phần cơ bản của sự sống. Phương pháp chụp ảnh trực tiếp, vốn yêu cầu phải chặn ánh sáng chói lòa từ ngôi sao chủ, hiện chỉ chiếm khoảng 1,5 phần trăm các khám phá ngoại hành tinh đã được xác nhận, chủ yếu do sự nhiễu loạn khí quyển gây cản trở nghiêm trọng.

Để vượt qua rào cản này, khái niệm Đài quan sát Lai cho các Ngoại hành tinh Giống Trái Đất (Hybrid Observatory for Earth-like Exoplanets - HOEE) đã được đề xuất. Khái niệm này, được trình bày trong các nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Astronomy, kết hợp một tấm chắn sao (starshade) trên quỹ đạo với các kính thiên văn mặt đất công suất lớn nhằm giảm thiểu tác động của nhiễu loạn khí quyển và đạt được độ tương phản cần thiết cho việc phát hiện trực tiếp các hành tinh ngoài hệ mặt trời. Tiến sĩ Ahmed Mohamed Soliman, Nhà Khoa học và Kỹ thuật viên tại Phòng Thí nghiệm Động cơ Phản lực của NASA (JPL) / Caltech, là tác giả chính của nghiên cứu này.

Ý tưởng tiên phong này đã nhận được nguồn tài trợ từ Chương trình Các Khái niệm Tiên tiến Đổi mới của NASA (NIAC). Động lực đằng sau HOEE là nhu cầu tìm kiếm các thế giới có thể sinh sống được mà không chỉ phụ thuộc vào các kính thiên văn không gian lớn như Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST). HOEE đề xuất triển khai một tấm chắn sao có đường kính 99 mét trên quỹ đạo để tạo ra vùng bóng tối chính xác lên các kính thiên văn mặt đất thế hệ tiếp theo, bao gồm Kính thiên văn Cực lớn (ELT), Kính thiên văn Magellan Khổng lồ (GMT), và Kính thiên văn Ba mươi mét (TMT).

Tấm chắn sao hoạt động bằng cách chặn ánh sáng chói của ngôi sao chủ, vốn sáng hơn Trái Đất tới 10 tỷ lần ở bước sóng khả kiến, mà không che khuất ánh sáng từ các hành tinh quay quanh. Tiến sĩ Soliman nhấn mạnh rằng hệ thống quang học thích ứng tiên tiến trên ELT có khả năng hiệu chỉnh nhiễu loạn khí quyển, cho phép chụp ảnh rõ nét. Các kính thiên văn mặt đất này, như GMT đang được xây dựng tại Sa mạc Atacama, Chile, và TMT dự kiến đặt tại Hawaii, Hoa Kỳ, sẽ được tận dụng tối đa.

Mục tiêu tham vọng của HOEE là xác định được hàng chục ngoại hành tinh có kích thước bằng Trái Đất, với khả năng đặc tả toàn bộ các hệ sao và tìm kiếm các dấu hiệu sinh học chỉ trong vòng vài giờ quan sát. Khái niệm này được xem là bước đệm công nghệ bổ sung cho Kính viễn vọng Thế giới Có thể ở được (Habitable Worlds Observatory - HWO), vốn đã được khuyến nghị trong Khảo sát Thập kỷ Astro2020. HOEE tận dụng khẩu độ lớn hơn đáng kể của các kính thiên văn mặt đất, mang lại độ phân giải góc và tốc độ quan sát vượt trội so với HWO, vốn sử dụng bộ phận triệt tiêu ánh sáng bên trong (coronagraph).

Việc thực hiện HOEE chuyển thách thức về độ hoàn hảo quang học của các kính thiên văn không gian khổng lồ thành bài toán kỹ thuật cơ khí cho một vật thể thụ động hoạt động cùng với các kính thiên văn mặt đất lớn hơn nhiều đã được chế tạo. Các nghiên cứu cho thấy quang học thích ứng của ELT có thể khắc phục hiệu quả các hiệu ứng nhiễu loạn khí quyển, cho phép quan sát ánh sáng phản xạ từ các hành tinh giống Trái Đất, bao gồm việc đo phổ ánh sáng để tìm kiếm các dấu hiệu phân tử chính của sự sống như oxy và nước. Con đường phía trước đòi hỏi thiết kế chi tiết, thử nghiệm nghiêm ngặt, và đảm bảo nguồn tài trợ để chuyển đổi khái niệm NIAC này thành một thực thể hoạt động hiệu quả.