Vesmír je plný planet, které obíhají kolem cizích hvězd – tzv. exoplanet. Mnohé z nich jsou natolik podobné Zemi, že by mohly hostit život. Ale jejich pozorování je extrémně obtížné. Důvod? Jsou až miliardkrát slabší než světlo jejich mateřské hvězdy. Pro běžné teleskopy je to, jako by se snažily rozpoznat světlušku vedle světlometu.

„Planety v obyvatelné zóně jsou tak slabé, že je téměř nemožné je zahlédnout – i ta nejmenší hvězdná záře je zcela přehluší,“ vysvětluje vedoucí výzkumu Nico Deshler.

Nový koronograf, který tým vyvinul, dokáže tento problém obejít. Pomocí optických technik izoluje a odstraní světlo z hvězdy a umožní zachytit samotnou planetu – i když se nachází mimo rozlišovací schopnosti běžných dalekohledů.

Když kvantová fyzika pomáhá hledat život

Ve studii publikované v prestižním časopise Optica výzkumníci ukázali, že jejich přístroj se blíží teoretickým kvantovým limitům detekce. V laboratorních testech byli schopni lokalizovat „umělé exoplanety“ umístěné mnohem blíže ke své hvězdě, než by běžný dalekohled dokázal rozlišit – až 50krát blíže, než je běžný limit rozlišení.

Jinými slovy, zařízení funguje tak dobře, že dokáže „vidět“ planety v místech, kde by ostatní nástroje viděly jen oslepující zář hvězdy.

Jak přístroj funguje? Podobně jako hudba

Celý trik spočívá v tzv. prostorových módech světla. Stejně jako hudební nástroje vydávají různé tóny, světelné zdroje mají různé vzory oscilace v závislosti na svém směru a poloze. Vědci použili tzv. mode sorter – zařízení, které dokáže tyto módy rozdělit, nežádoucí starlight odstranit a obraz planety znovu složit pomocí inverzního mode sorteru.

Výsledkem je jasný obraz samotné planety, bez rušivého světla hvězdy. To není jen technologický zázrak – je to průlom, který by mohl otevřít cestu k identifikaci biosignatur, tedy známek života, v atmosférách vzdálených planet.

Obrazy z laboratoře: simulace exoplanet

V laboratoři vytvořili vědci modelovou situaci: umělou hvězdu a exoplanetu s jasovým kontrastem 1000:1. Poté sledovali, jak se „planeta“ pohybuje před hvězdou. A nový koronograf umožnil zachytit její polohu v jednotlivých snímcích – něco, co s klasickým dalekohledem prostě nejde.

Tento typ přímého zobrazení přináší nejen vizuální důkazy o existenci planet, ale i cenné informace o jejich dráze, složení atmosféry a okolním prostoru – například přítomnosti prachu nebo plynných obalů.

Výzvy a další kroky

Zatímco výsledky jsou slibné, vědce čekají ještě výzvy. Především tzv. crosstalk – optický šum, kdy se světlo z různých módů míchá dohromady. To může narušit čistotu snímků, zejména při extrémních rozdílech jasů, které jsou pro exoplanetární vědu typické.

Tým pracuje na zdokonalení přesnosti mode sorteru, aby bylo možné použít technologii i v reálných astronomických přístrojích.

Proč na tom záleží?

S novými teleskopy, jako je Habitable Worlds Observatory (HWO), které se mají zaměřit právě na hledání obyvatelných světů, je pokročilý koronograf klíčem. Umožní astronomům přejít od pouhých domněnek k přímému pozorování světů, které by – stejně jako Země – mohly být plné života.

Možná už brzy uvidíme obrázek skutečné exoplanety. Ne jen rozmazaný bod, ale planetární disk s atmosférou, oblakem a barvami, které napoví, zda na ní teče voda, fouká vítr, nebo se tam cosi hýbe.

A co dál?

Vědci z Arizony věří, že jejich přístup najde uplatnění nejen v astronomii, ale i v dalších oborech, kde je nutné precizně filtrovat optické signály – například v lékařském zobrazování, kvantové komunikaci nebo senzorice.

Ale hlavní poselství zní jasně: nový koronograf není jen technologická hříčka. Je to okno do jiných světů. A jednou z těch vzdálených teček na obloze může být planeta, kde právě teď někdo sleduje oblohu a přemýšlí, jestli tam venku nejsme my.