Un nuevo espectrógrafo astronómico construido por un equipo de científicos dirigido por Penn State proporciona las mediciones de mayor precisión hasta la fecha de señales infrarrojas de estrellas cercanas. permitiendo a los astrónomos detectar planetas capaces de tener agua líquida en sus superficies que orbitan estrellas frías fuera de nuestro sistema solar. El buscador de planetas de la zona habitable (HPF) permite la medición precisa de la velocidad radial de una estrella, medido por el cambio sutil en el color de los espectros de la estrella cuando es arrastrada por un planeta en órbita, que es información crítica en el descubrimiento y confirmación de nuevos planetas.

El HPF, ubicado en el Observatorio McDonald de la Universidad de Texas en Austin, apunta a planetas de baja masa alrededor de estrellas enanas M cercanas frías en zonas habitables, regiones donde podría existir agua líquida en la superficie de un planeta. Se sabe que las estrellas enanas M albergan planetas rocosos, pero estas estrellas son débiles debido a su tamaño y su actividad magnética se manifiesta como manchas y destellos, que plantean problemas para los instrumentos de luz visible existentes. El HPF, acoplado al telescopio Hobby Eberly de 10 metros, en su lugar, utiliza luz infrarroja cercana, un tipo de luz infrarroja invisible más cercana en longitud de onda al espectro visible, para observar estas estrellas en longitudes de onda en las que son más brillantes y menos activas.

"El HPF fue construido para ser increíblemente estable, y agregamos un calibrador llamado peine de frecuencia láser para aumentar la precisión, "dijo Suvrath Mahadevan, profesor asociado de astronomía y astrofísica en Penn State e investigador principal del proyecto HPF. "El peine láser, que fue construido a medida por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), separa las longitudes de onda individuales de la luz en líneas separadas, como los dientes de un peine, y se usa como una regla para calibrar la energía del infrarrojo cercano de las estrellas. Esta combinación de tecnologías nos ha permitido demostrar una precisión de velocidad radial en el infrarrojo cercano sin precedentes con observaciones de la estrella de Barnard, una de las estrellas más cercanas al Sol ". Estos resultados aparecen en la edición del 20 de febrero de la revista Optica .

"Estamos especialmente interesados ​​en encontrar planetas similares a la Tierra que orbitan en la zona habitable de las estrellas más cercanas, "dijo Mike Endl, científico investigador senior del Observatorio McDonald. "Estos planetas alrededor de estrellas cercanas representan nuestra mejor oportunidad para caracterizarlos y estudiarlos con mayor detalle. El peine de frecuencia láser en el HPF nos permite alcanzar el alto nivel de precisión requerido para detectar estos pequeños planetas".

"La detección de longitudes de onda del infrarrojo cercano también plantea enormes desafíos técnicos, ", dijo Mahadevan. Por ejemplo, el instrumento es tan sensible a la luz infrarroja que el calor emitido a temperatura ambiente ciega el detector, requiriendo operaciones a temperaturas muy frías. El HPF fue diseñado para superar estos desafíos, y también ofrece un nivel extremadamente alto de control sobre la temperatura y la presión, esencial para el funcionamiento adecuado del instrumento.

"El Buscador de Planetas de la Zona Habitable fue y es una oportunidad única para ir más allá de las soluciones conocidas para encontrar planetas que potencialmente podrían albergar vida, "dijo Fred Hearty, científico senior de astronomía y astrofísica en Penn State e ingeniero de sistemas de HPF. "Cada avance que hemos hecho en el desarrollo de este instrumento ha revelado desafíos más profundos y sutiles".

Larry Ramsey, distinguido erudito y profesor de astronomía y astrofísica en Penn State, y uno de los inventores originales del diseño del telescopio Hobby Eberly agregó "El viaje de investigación y desarrollo de instrumentos de precisión como el telescopio Hobby-Eberly comenzó en la década de 1980 en Penn State. Durante las siguientes décadas, esto condujo a la construcción de varios instrumentos que han mejorado enormemente nuestra capacidad para buscar planetas potencialmente habitables, desde el instrumento Echelle de fibra óptica y el banco de pruebas del instrumento Pathfinder de infrarrojo cercano hasta el poderoso Buscador de planetas de la zona habitable, que tiene una estabilidad espectral increíble y la sensibilidad a la velocidad cuando se acopla al telescopio Hobby Eberly ".

Mahadevan atribuyó el éxito de HPF y su calibrador de peine láser al equipo de HPF multidisciplinario e institucional. "No hubiéramos podido traspasar estos límites astrofísicos sin traspasar los límites técnicos y de ingeniería aquí sobre el terreno, " él dijo, "o sin el trabajo duro, compromiso y creatividad de los estudiantes de posgrado, becarios postdoctorales, investigador asociado, facultad, y socios de la industria que han trabajado en HPF durante casi una década. Estos resultados allanarán el camino para romper barreras en el infrarrojo cercano, permitiendo el descubrimiento de planetas de masa terrestre en Zonas Habitables ".

El Buscador de Planetas de Zona Habitable y su sistema de calibración de peine de frecuencia se construyeron con el apoyo de los programas de Instrumentación de Investigación Principal y Tecnología e Instrumentación Avanzada de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Penn State, y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. El análisis continuo de datos está respaldado por una subvención de la Fundación Heising-Simons.