Учёные из Гавайского университета совершили прорыв в разработке новых детекторов для поиска экзопланет, пригодных для жизни. Исследователи создали сверхчувствительные инфракрасные датчики на основе лавинных фотодиодов, способные регистрировать единичные фотоны света от далёких планет.

Поиск экзопланет земного типа — одна из главных задач современной астрофизики. Хотя уже обнаружены тысячи экзопланет, большинство из них найдены косвенными методами, по влиянию на свет родительской звезды. Однако для оценки пригодности планеты для жизни критически важно получить прямое изображение и проанализировать её атмосферу.

Это чрезвычайно сложная задача, поскольку экзопланеты примерно в 10 миллиардов раз тусклее своих звёзд и находятся очень близко к ним. Учёные сравнивают это с попыткой разглядеть светлячка рядом с мощным прожектором с расстояния 500 километров.

Линейно-модовая лавинная фотодиодная матрица. Детектор — тёмный кубв центре. Фото: Michael Bottom, University of Hawai'i

Новые детекторы, разработанные гавайскими астрономами при поддержке NASA, способны регистрировать сверхслабые сигналы благодаря особому «лавинному» слою, который усиливает сигнал от одиночного фотона ещё до появления шумов.

«Было действительно сложно понять, насколько чувствительны эти детекторы, — рассказывает руководитель проекта профессор Майкл Боттом. — Наша светонепроницаемая тестовая камера, изначально созданная для оценки инфракрасных датчиков телескопа "Джеймс Уэбб", должна была быть абсолютно тёмной. Но когда мы поместили туда эти лавинные фотодиоды, мы обнаружили утечки света со скоростью один фотон в час — количество, не обнаруживаемое датчиками предыдущего поколения».

Новейшая версия этих сенсоров имеет мегапиксельный формат, что в десять раз больше предыдущих версий. Они также включают схемы для отслеживания и устранения электронных дрейфов. Размер пикселей и управляющая электроника разработаны так, чтобы датчики могли напрямую заменить широко используемые инфракрасные сенсоры в существующих инструментах обсерваторий.

В прошлом году исследовательская группа провела первые тесты этих детекторов на небе с помощью 2,2-метрового телескопа Гавайского университета. «Было впечатляюще наблюдать лавинный процесс в действии на небе. Когда мы увеличивали усиление, становилось видно больше звёзд», — поделился впечатлениями Гийом Юбер, аспирант, работающий над проектом.

Хотя эти сенсоры представляют собой значительный прорыв, исследователи отмечают, что необходимы дальнейшие улучшения. Текущий мегапиксельный формат всё ещё слишком мал для многих научных приложений, особенно для спектроскопии. Будущие разработки будут сосредоточены на повышении однородности детекторов и минимизации эффекта послесвечения. Следующее поколение этих детекторов планируется сделать в четыре раза больше, что соответствует спецификациям, необходимым для будущей обсерватории NASA по поиску обитаемых миров, которая будет детально изучать экзопланеты земного типа.

Подробнее на iXBT