Il James Webb Space Telescope della NASA svolge un ruolo importante nell’identificazione di esopianeti, in particolare nello spettro infrarosso. Gli esopianeti che circondano altre stelle possono essere difficili da trovare direttamente, il che è un compito molto difficile. Tuttavia, Webb dispone di modalità coronagrafiche per la sua fotocamera nel vicino infrarosso (NIRCam) e lo strumento nel medio infrarosso (MIRI), in grado di gestire questo difficile compito. Affinché questi coronografi funzionino, la luce proveniente da stelle lontane deve essere bloccata mentre passa attraverso i sensori. Deve esserlo solo la luce dei pianeti vicini.
Lo scopo dei coronografi di Webb è eliminare la luce stellare indesiderata sia nella pupilla che nel piano dell’immagine. Le “maschere di fase a quattro quadranti” sviluppate da MIRI alterano la fase della luce in modo tale da interferire in modo distruttivo con se stessa. La maggior parte delle maschere del piano dell’immagine elimina la luce stellare bloccandola nell’immagine, cosa che non accade con le maschere del piano della pupilla. Sfortunatamente, le maschere del piano dell’immagine non sono in grado di coprire completamente la stella a causa del fatto che la luce è un’onda. Webb impiega maschere del piano della pupilla extra, note anche come arresti di Lyot, per filtrare la luce stellare rimanente.
Le maschere coronagrafiche sugli strumenti NIRCam e MIRI di Webb sono rispettivamente cinque e quattro. Usando queste maschere, gli oggetti possono essere osservati fino a 30 secondi d’arco dalla stella e fino a 0,13 secondi d’arco. Da poche unità astronomiche (au) a centinaia di au sono cose che i coronografi possono trovare in prossimità di stelle vicine. Le capacità a infrarossi e l’ampio specchio primario di Webb rendono i suoi coronografi particolarmente adatti per l’esame di oggetti deboli nell’infrarosso. Questo integra altri strumenti che già monitorano ad altre lunghezze d’onda.
I pianeti extrasolari giganti ancora in formazione possono essere trovati usando i coronografi di Webb. Sono anche in grado di visualizzare dischi protoplanetari in cui i pianeti si stanno ancora sviluppando. Inoltre, possono visualizzare i densi dischi circumstellari di detriti prodotti da comete e asteroidi nei sistemi esoplanetari. Lo studio extragalattico delle galassie ospiti con nuclei galattici luminosi e attivi è un’altra applicazione per i coronografi di Webb.
Grazie al suo grande specchio primario e alle sue capacità nell’infrarosso, i coronografi di Webb sono particolarmente adatti per lo studio di oggetti deboli nell’infrarosso. Pertanto, gli astronomi di Webb elimineranno le ultime tracce di luce utilizzando una serie di “metodi di sottrazione della funzione di diffusione del punto (PSF)”. Questa procedura comporta la misurazione e la deduzione del pattern di luce stellare residuo dall’immagine scientifica. Il risultato è uno schema rumoroso che alla fine copre il pianeta extrasolare più debole che si possa vedere. Il limite del “contrasto” è la disparità di luminosità tra la stella e il pianeta meno osservabile. I coronografi NIRCam e MIRI su Webb hanno mostrato contrasti a una separazione di 1 secondo d’arco che erano rispettivamente migliori di 10-5 e 10-4 durante la messa in servizio.
I coronografi di Webb sono uno strumento cruciale per trovare esopianeti. Tuttavia, non saranno in grado di svelare tutti i misteri di un sistema planetario. Le missioni future devono essere opportunamente adattate ai coronografi di prossima generazione. Ciò aiuterà a trovare pianeti simili al nostro attorno a stelle vicine simili al Sole. La NASA sta già indagando su questo.