十大天文科技进展入选成果（2019年）——系外行星超高对比度成像技术与观测取得突破性进展.pdf

系外行星超高对比度成像技术与观测取得突破性进展 系外行星成像团队成功研制出地基高对比度成像仪，先后多次与 美国新墨西哥州 Apache Point 天文台 3.5 米 ARC 望远镜开展联合观 测，观测到系外行星 κ And b 的清晰图像，仪器实测对比度在 0.5″处 达到 10-6，这是我国团队首次使用自主研制的高对比度成像仪器获取 的系外行星图像。该团队利用 Gaia DR2 释放数据，在 23 个新的年轻 共动星群中选出 1300 多颗恒星作为观测目标，这些目标尚未被国际 系外行星成像计划所观测。为了观测上述目标，团队先后申请获得国 际中等口径望远镜的时间。团队通过中国有偿使用望远镜 TAP 计划， 申请和使用美国帕洛玛天文台 5.2 米海珥望远镜 2019 年度 4 个观测 夜，对上述目标中的 30 颗左右的高优先观测目标进行了科学观测， 探测发现 5 颗新的系外行星候选体（相关结果新闻形式发布在院网） 。 这是近年来天文学家首次通过中等口径望远镜直接成像探测到新的 系外行星候选体，也进一步验证了该团队提出基于中等口径望远镜开 展系外行星成像探测的可行性。同时，团队还申请获批位于西班牙 La Palma 岛的意大利 3.58 米 TNG 望远镜 4 个观测夜，并在 2019 年 7 月 19-22 日完成了系外行星高对比度成像仪与该望远镜的首次对接观 测，并获批了该望远镜 2020 年度 3 个观测夜时间。 图 1. a) 系外行星成 像仪对接西班牙 La Palma 岛-意大利 3.58 米 TNG 望远镜;b) 地 基系外行星成像仪观 测到的系外行星 κ And b 图像;c)，d)，e) 探测发现的系外行星 候选体（此处只给出 4 颗） 。 上述观测数据均采用了项目组提出的 IRS 高对比度图像处理新 技术和 O-IRS 优化算法，使得位于恒星高噪声区域的行星图像信噪比 显著提高。目前，美国、荷兰相关研究团队对该方法在提高系统成像 对比度和图像信噪比方面给予了肯定，该方法也被应用于 LBT/SHARK 高对比度成像仪器观测数据处理中（Otten et al. 2017； Bowler 2016）。图 1 分别为该团队研制的系外行星成像仪用于 3.58 米 TNG 望远镜现场测试图片，观测到的 κAnd b 系外行星和部分系外行 星候选体图像。 团队还发展了空间超高对比度成像技术，系统实验对比度首次在 4-21 λ/D 大区域内达到 10-9。该技术能够在大区域内获得超高对比度 成像，突破了现有空间超高对比度成像探测区域受限的问题，能够提 升空间系外行星成像的探测效率。该研究由国家自然科学基金委重点 基金项目资助，于 2019 年 12 月 18 日通过项目的结题验收评审。基 于上述关键技术的突破性进展，团队建议的中国载人空间站多功能光 学设施系外行星成像星冕仪项目，先后通过了科学和技术论证，于 2019 年 6 月获得批复立项，并在 10 月份通过方案设计评审。该仪器 将成为首台成像探测围绕“类太阳”恒星的系外行星的空间载荷，用于 研究包括“超级地球”在内的成熟的系外行星。图 2 分别为超高对比度 星冕仪实验图像对比结果，中国载人航天空间站、多功能光学设施示 意图以及系外行星成像星冕仪的方案设计图，仪器目标成像对比度将 首次突破 10-8。 图 2. a) JPL 团队星冕仪实验 PSF 图像；b)该团队星冕仪实验 PSF 图像；c) 中国载人空间站 与多功能光学设施示意图；d)系外行星成像星冕仪载荷方案设计图。 新闻链接： 1.Astronomers Discover Exoplanet Candidates through Middle-aperture Telescope： http://english.cas.cn/newsroom/research_news/201904/t20190410_208114.shtml 2. 系外行星成像科学观测取得重要进展： http://www.njb.cas.cn/kydt2016/zdtp/201904/t20190409_5272145.html