Crédito:Universidad de Pensilvania
En el punto más alto de las montañas Quinlan, con vistas al desierto de Sonora a medida que se extiende por el sur de Arizona, NEID (pronunciado como "fluido") recopiló recientemente sus primeras observaciones, conocido coloquialmente por los astrónomos como "primera luz, "en el Observatorio Nacional de Kitt Peak.
Instalado en el telescopio Wisconsin-Indiana-Yale-NOAO (WIYN) de 3,5 metros, NEID puede medir cambios en el movimiento de estrellas cercanas con alta precisión. Este instrumento de última generación, que toma su nombre de la palabra Tohono O'odham que significa "ver, "ahora está a la caza de exoplanetas, los que orbitan estrellas fuera del sistema solar, y podrá detectar, la medida, y caracterizar nuevos planetas con mayor precisión que nunca.
Una forma en que los astrónomos pueden encontrar nuevos exoplanetas es mediante el método del "bamboleo". Dos objetos en órbita, como la tierra y el sol, moverse alrededor de un centro de masa común. Los astrónomos pueden buscar este cambio periódico en la velocidad de una estrella a medida que se mueve como una forma de averiguar si la estrella tiene planetas orbitando a su alrededor.
El principal desafío con la construcción de NEID, que tiene varias veces más precisión que cualquier instrumento existente de su clase, implicó refinar y optimizar sus numerosos componentes. Para hacer esto, El astrónomo Cullen Blake se asoció con investigadores de Penn State y presentó una propuesta a la NASA y la National Science Foundation para diseñar y construir NEID.
Cuando un planeta (círculo más pequeño) orbita una estrella (círculo más grande), la estrella misma también se moverá en una pequeña órbita alrededor del centro de masa del sistema combinado (signo más rojo). Crédito:Universidad de Pensilvania
Control de temperatura en una línea de tiempo agresiva
Como uno de los científicos de instrumentos de NEID, Blake dice que una de las grandes pruebas a las que se enfrentaron fue la creación de un instrumento con niveles muy finos de control de temperatura. Los dispositivos ópticos dentro de NEID, un gran recipiente de metal del tamaño de un automóvil, deben mantenerse a una temperatura constante de 300 Kelvin (alrededor de 80 F o 26 C) y estable dentro de una milésima de grado. "Si cambia la temperatura dentro del instrumento, se disfrazará como la señal que estás buscando, "explica Blake." Tienes que controlar eso realmente ".
Después de obtener el dispositivo de carga acoplada más grande disponible en el mercado, el detector digital que registra la luz de una estrella distante, Investigadores de Penn en el laboratorio de Blake, incluidos los ex postdoctorados Dan Li y Sam Halverson y Ph.D. estudiante Mark Giovinazzi, diseñó y construyó el soporte que alberga el detector para tener un control de temperatura óptimo. Después de ensamblar el dispositivo y montarlo usando las instalaciones de la sala limpia en la Instalación de Nanofabricación Quattrone del Centro Singh, los investigadores llevaron a cabo pruebas durante un año para asegurarse de que el detector funcionaba según las especificaciones antes de llevarlo al State College y ensamblar el detector en NEID. Luego fue llevado al Observatorio Kitt para su instalación.
Las observaciones de la primera luz de NEID apuntaron a la estrella 51 Pegasi, la primera estrella similar al sol que en 1995 se descubrió que albergaba un exoplaneta. Esto marca un primer hito importante para el instrumento y es "la primera verificación de que NEID está midiendo la luz de las estrellas como se esperaba y está en camino a la funcionalidad completa. "dice Jason Wright, Científico del proyecto NEID en Penn State University.
Desde el diseño inicial hasta la instalación, NEID se terminó en cuatro años, un corto período de tiempo para integrar los diferentes componentes en lo que típicamente es un esfuerzo de una década. La razón del programa agresivo fue el satélite de estudio de exoplanetas en transición (TESS) de la NASA, una misión espacial que también está a la caza de exoplanetas. TESS lanzó recientemente nuevas listas de exoplanetas candidatos que son observables desde el hemisferio norte, que los investigadores ahora pueden aprovechar y seguir estudiando utilizando NEID.
Primera imagen de luz del espectro de 51 Pegasos capturada por NEID. El panel de la izquierda muestra el espectro de luz de la estrella desde longitudes de onda cortas (azul) a largas (rojas). Déficits de luz, que se muestran como interrupciones oscuras a lo largo del espectro (panel ampliado a la derecha) muestran las "huellas digitales" de los elementos presentes en la atmósfera de la estrella. Al medir el movimiento sutil de estas características, los astrónomos pueden detectar el "bamboleo" de una estrella en respuesta a un planeta en órbita. Crédito:Guðmundur Kári Stefánsson / Princeton University / NSF's National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory / KPNO / NSF / AURA
Exoplanetas en el horizonte
La comunidad de astronomía estaba emocionada de conocer por primera vez la primera luz de NEID en la 235a reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense la semana pasada. Mientras los técnicos y operadores de instrumentos todavía están resolviendo los problemas de NEID, Blake dice que están haciendo observaciones con regularidad y confía en que NEID estará en pleno funcionamiento en los próximos meses. Blake también agrega que tener personal a tiempo completo en el sitio significará que los investigadores necesitarán menos tiempo para realizar observaciones y solucionar problemas de los instrumentos. "Esa será una de las cosas que realmente ayudará a aumentar el impacto de la ciencia:tener observadores profesionales allí todo el tiempo que obtienen la mejor ciencia que pueden obtener, "dice Blake.
Como un nuevo instrumento que está "una década por delante de lo que la comunidad de EE. UU. Tenía acceso antes, "Blake espera que NEID encuentre un hogar a largo plazo en Kitt Peak, donde estará disponible para toda la comunidad astronómica de EE. UU. Gran parte del tiempo del Observatorio en el futuro cercano se dedicará a la búsqueda de exoplanetas, lo que, según Blake, puede aumentar en gran medida las posibilidades de encontrar nuevos planetas y realizar estudios científicos detallados y efectivos sobre ellos.
"Una cosa que hemos aprendido es que puedes construir el instrumento más elegante que quieras, pero una cosa que es invaluable es tener tantas noches en el telescopio como sea posible, "dice Blake." Las estrellas mismas hacen todo tipo de cosas que complican esta medición que estamos tratando de hacer, y una forma de atacar es tener tantas observaciones cercanas en el tiempo como sea posible ".
La estructura del espejo y los telescopios WIYN en acción. Crédito:Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF / KPNO / NSF / AURA
Debido a sus capacidades de vanguardia, NEID se destacará en la búsqueda de planetas del tamaño de la Tierra dentro de la zona habitable de una estrella, no demasiado cerca de la estrella para estar demasiado caliente. y no demasiado lejos del sol para hacer demasiado frío, y será extremadamente bueno para encontrar nuevos planetas que orbitan alrededor de estrellas mucho más pequeñas. Y con el reciente anuncio del primer planeta del tamaño de la Tierra que se encuentra dentro de la zona habitable de una estrella, y más hallazgos de exoplanetas probablemente a medida que TESS continúe estudiando los cielos, NEID desempeñará un papel activo en el seguimiento de tales hallazgos en el futuro.
Con todas las innumerables capacidades que NEID aporta al campo, Sin duda, mantendrá ocupados a Blake ya otros astrónomos en la búsqueda de exoplanetas en los próximos años. "Espero obtener grandes conjuntos de datos de calidad de producción, estudiar sistemas planetarios que son interesantes, y profundizar en lo que podemos extraer de los datos, para ver qué tan bajo podemos llegar en términos de masas planetarias que serían detectables, "dice Blake." Es emocionante pasar de la fase de construcción y hardware a hacer ciencia. Será genial ver lo que aprendemos ".
