Photonischer interferometrischer Kombinator für exoplanetare Systeme (ESPIC)

• Antragsteller: Professor Dr. Lucas Labadie
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568980388

Im Vergleich zu unserem Sonnensystem zeigen die bekannten extrasolaren Planetensysteme eine große Vielfalt in ihrer Demografie und ihren Eigenschaften. In den zwanzig Jahren wurden bedeutende Fortschritte bei der Identifizierung von über 5000 Exoplaneten erzielt. Die nächste Herausforderung für die Exoplanetenforschung besteht darin, große Mengen atmosphärischer Spektren für die "comparative exoplaneatology" zu messen, idealerweise vom optischen bis zum mittleren Infrarot-Wellenlängenbereich, und schließlich das Spektrum eines erdähnlichen Planeten in der "habitable zone" eines sonnenähnlichen Sterns zu entschlüsseln. Dies erfordert die Detektion der Planetenphotonen und deren Trennung von der Sternumgebung. Im mittleren Infrarot (MIR) zwischen 3 und 20 µm erfordert dies Techniken mit hoher Winkelauflösung und hohem Kontrast unter Verwendung der Multi-Teleskop-Nulling-Interferometrie. Das Kernelement eines Interferometers ist die Strahlvereinigungseinheit, für die der Nutzen photonischer Geräte am VLTI demonstriert wurde. Während der Großteil der Photonik-Technologie von Telekommunikationsanwendungen im Bereich von etwa 1,5 µm vorangetrieben wurde, gibt es einen wachsenden Forschungsbereich, der darauf abzielt, den Betrieb photonischer Schaltkreise in Richtung des mittleren Infrarotbereichs (MIR) auszuweiten, einem idealen Bereich für die Exoplanetenforschung. In diesem Zusammenhang wurden kürzlich SiGe-basierte On-Chip-Interferometer im Wellenlängenbereich von 8 µm entwickelt. Das ESPIC-Projekt wird ein neues Konzept für einen interferometrischen Strahlkombinierer mit vier Teleskopen und integrierter Optik entwickeln. ESPIC bringt mehrere Innovationen mit sich: 1) Es erschließt den MIR-Bereich von 3–13 µm in der Astrophotonik, indem es die jüngsten Fortschritte in der SiGe-Photonik im mittleren Infrarotbereich nutzt; 2) es ermöglicht dank der natürlichen Phaseneigenschaften von Kopplern und MMI verschiedene Kombinationsschemata zur Selbstkalibrierung des Signals, die mit klassischer Bulk-Optik nicht erreichbar sind; 3) Es verfügt über eine einzigartige On-Chip-Phasenregelung zur präzisen Einstellung der Phasendifferenz, die für Hochkontrasttechniken entscheidend ist. 4) Das Instrument kann in eine kryogene Umgebung integriert werden, um den Einfluss des thermischen Hintergrunds zu minimieren. Die Anbindung an bestehende Nulling-Interferometrie-Projekte wie NOTT/VLTI vom Boden aus und die LIFE-Mission zur Exoplanetenspektroskopie aus dem Weltraum ist unerlässlich und zeitgemäß, da dies die Hauptanwendungsbereiche der ESPIC-Ergebnisse sind. Durch die Synergie zwischen dem C2N in Palaiseau und dem Institut für Astrophysik Köln bündeln wir einzigartige und anerkannte Kompetenzen in den Bereichen der Photonik im mittleren Infrarot und der Instrumentierung für astronomische Interferometrie mit langen Basislinien, idealerweise unterstützt durch ein dichtes Netzwerk internationaler Kooperationen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Großgeräte: Infrared camera 10 microns
• Gerätegruppe: 8620 Strahlungsthermometer, Pyrometer, Thermosonden
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Delphine Marris-Morini