Planet detection with SPHERE and EPICS

Negli ultimi quindici anni un gran numero (pi´u di 500) di pianeti extrasolari sono stati scoperti. Comunque, fino ad oggi la gran parti di essi ´e stata scoperta sfruttando tecniche indirette come per esempio le velocit`a radiali (che forniscono in effetti il contributo pi´u importante), il metodo dei transiti, il metodo che sfrutta il microlensing e altri. L’imaging diretto di pianeti extrasolari sarebbe estremamente importante perch´e permetterebbe di campionare le zone pi´u esterne dei sistemi planetari extrasolari dove i metodi indiretti principali (per esempio le velocit`a radiali) non sono in grado di arrivare fino ad ora e perch´e permetterebbe di testare i modelli di formazione dei sistemi planetari. Ad ogni modo, l’imaging diretto di pianeti extrasolari ´e estremamente difficile a causa del grande contrasto di luminosit`a ( 10−6÷−7 per un pianeta gigante e 10−9 per un pianeta di tipo terrestre) e della piccola separazione (pochi decimi di arcsec per un pianeta a 10 UA e a qualche decina di pc dal Sole) fra il pianeta e la stella centrale. Fino ad oggi solo pochi pianeti extrasolari sono stati scoperti per mezzo di imaging diretto attorno a oggetti stellari e substellari (nane brune). Nel prossimo futuro, alcuni strumenti come SPHERE (che operer`a al VLT dell’ESO) dovrebbero essere in grado di aumentare di molto il numero di pianeti scoperti tramite imaging diretto. Perch´e questi strumenti funzionino nel modo migliore, sar`a comunque necessario ridurre fortemente il rumore dovuto alle speckle. A questo scopo, un certo numero di metodi di imaging differenziale sono stati sviluppati in questi anni come per esempio lo Spectral Differential Imaging (che sfrutta le caratteristiche spettrali del pianeta che stiamo cercando), l’Angular Differential Imaging (che sfrutta la rotazione del campo di vista per la sottrazione del pattern di speckle statico) e la Spectral Deconvolution (che sfrutta le caratteristiche spettrali dello stesso speckle pattern). Tutti questi metodi sono stati testati nel corso delle simulazioni che abbiamo effettuato allo scopo di controllare le performance dell’IFS di SPHERE con alcune modifiche pensate per adattarli alle caratteristiche dello strumento (vedere il Paragrafo 3.2). I risultati di queste simulazioni confermano che, usando l’IFS di SPHERE assieme ad alcune di queste tecniche di imaging differenziale, saremo in grado di ottenere contrasti di luminosit` a tra un pianeta e la stella centrale dell’ordine di qualche 10−7 per separazioni inferiori ad 1 arcsec. Inoltre, dalle nostre simulazioni, sembra che la spectral deconvolution permetta di ottenere contrasti leggermente migliori di quelli ottenuti con lo spectral differential imaging. Un esempio di analisi di dati provenienti da un caso reale ´e dato nel Capitolo 2 dove presento i rsultati dell’analisi effettuata sui dati ottenuti con il NACO Large Program. Nel Paragrafo 3.3 presento i risultati dell’analisi svolta per verificare il potenziale per l’astrometria dell’IFS di SPHERE sfruttando, in particolare, le caratteristiche dello speckle pattern. Il risultato di questa analisi ´e che questi metodi dovrebbero consentire una precisione astrometrica migliore di 1 mas. Nel Paragrafo 3.4, presento invece una possibile pipeline sviluppata per l’analisi dei dati provenienti dall’IFS con lo scopo, in particolare, di trovare e caratterizzare pianeti. Un ulteriore sviluppo nel campo dell’imaging diretto di pianeti extrasolari dovrebbe essere ottenuto con EPICS che ´e uno strumento progettato per operare presso il futuro European Extremely Large Telescope dell’ESO. Lo strumento si trova al momento in post Fase A. Nel Capitolo 4 presento i risultati di un esperimento di laboratorio che aveva lo scopo di verificare i possibili vantaggi ottenuti sostituendo un apodizzatore ad una maschera tradizionale nella pupilla dello strumento. Da questo esperimento ´e risultato che, probabilmente a causa della presenza di ghost, non siamo in grado di ridurre il cross-talk usando un apodizzatore ma che, ad ogni modo, il suo livello ´e ben sotto i valori richiesti. Infine, in questo Capitolo presento il progetto opto-meccanico preliminare dell’IFS che sar`a parte di EPICS. Questo progetto ´e stato presentato al meeting per la Fase A dello strumento.