La oscuridad que rodea al telescopio Hale se rompe con una franja de cielo azul cuando la cúpula comienza a abrirse, chirriando con metal, Sonidos de ciencia ficción en la cima de la montaña Palomar del condado de San Diego. El histórico observatorio huele al petróleo bombeado para soportar los cojinetes que hacen que este telescopio gigante flote ligeramente mientras se mueve para seguir las estrellas.

Desde febrero de 2018, Los científicos han estado probando un instrumento en el Telescopio Hale llamado Instrumento de Estudio Espectroscópico de Exoplanetas de Nuevo México, o NESSI. Una colaboración entre el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, y el Instituto de Minería y Tecnología de Nuevo México, NESSI fue construido para examinar las atmósferas de los planetas que orbitan estrellas más allá de nuestro Sol, o exoplanetas, proporcionando nuevos conocimientos sobre cómo son estos mundos.

Hasta aquí, NESSI ha comprobado dos "Júpiter calientes, "gigantes gaseosos masivos que orbitan cerca de sus estrellas y son demasiado abrasadores para sustentar la vida. Uno, llamado HD 189773b, tiene temperaturas y vientos tan extremos que puede llover vidrio de lado. El otro, WASP-33b, tiene una capa de atmósfera de "protección solar", con moléculas que absorben la luz ultravioleta y visible.

Recientemente, NESSI observó estos planetas cruzando sus estrellas anfitrionas, demostrando que el instrumento podría ayudar a confirmar posibles planetas previamente observados por otros telescopios. Ahora está listo para estudios más detallados de primos lejanos de nuestro sistema solar. Y aunque el instrumento está diseñado para observar planetas mucho más grandes que la Tierra, Los métodos de NESSI podrían usarse para buscar planetas del tamaño de la Tierra algún día también una vez que las tecnologías futuras estén disponibles.

"NESSI es una herramienta poderosa que nos ayuda a conocer a la familia, "dijo Mark Swain, un astrofísico y el líder del JPL para NESSI. "Hace veinticinco años, a nuestro mejor saber y entender, pensamos que estábamos solos. Ahora sabemos que, al menos en términos de planetas, no lo somos, y que esta familia es extensa y muy diversa ".

Por qué NESSI

NESSI ve la galaxia en luz infrarroja, que es invisible para el ojo humano. Observa las estrellas individuales para observar la atenuación de la luz cuando un planeta pasa frente a su estrella anfitriona, un evento llamado tránsito. Del tránsito, los astrónomos pueden aprender qué tan grande es el planeta en relación con su estrella anfitriona. Cuando el planeta pasa directamente detrás de la estrella y vuelve a emerger, se llama eclipse. NESSI puede buscar firmas de moléculas de la atmósfera del planeta detectables a la luz de las estrellas antes y después del eclipse.

Dentro de NESSI, los dispositivos que enfocan la luz infrarroja la esparcen en un arco iris, o espectro, filtrarlo por longitudes de onda particulares que se relacionan con la química atmosférica de planetas distantes.

"Podemos seleccionar las partes del espectro donde están las moléculas, porque eso es realmente lo que estamos buscando en el infrarrojo en estos exoplanetas:firmas moleculares de cosas como dióxido de carbono, agua y metano para decirnos que algo interesante está sucediendo en ese planeta en particular. "dijo Michelle Creech-Eakman, investigador principal de NESSI en New Mexico Tech.

NESSI está equipado para realizar un seguimiento de los descubrimientos de otros observatorios, como el Satélite de reconocimiento de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA. TESS escanea todo el cielo en luz visible en busca de planetas alrededor de brillantes, estrellas cercanas, pero los candidatos a planetas que descubre deben ser confirmados a través de otros métodos. Eso es para asegurarse de que estas señales que detecta TESS realmente provengan de tránsitos planetarios, no otras fuentes.

NESSI también puede ayudar a unir la ciencia entre TESS y el telescopio espacial James Webb de la NASA, programado para lanzarse en 2021. El más grande, el observatorio espacial más complejo que jamás haya volado, Webb estudiará planetas individuales para aprender sobre sus atmósferas y si contienen moléculas asociadas con la habitabilidad. Pero dado que el tiempo de Webb será precioso, los científicos quieren apuntar solo a los objetivos más interesantes y accesibles. Por ejemplo, si NESSI no ve firmas moleculares alrededor de un planeta, eso implica que las nubes están bloqueando su atmósfera, por lo que es poco probable que sea un buen objetivo para Webb.

"Esto nos ayuda a ver si un planeta está despejado, nublado o brumoso, "dijo Rob Zellem, un astrofísico y el líder de puesta en marcha del JPL en NESSI. "Y si está claro, veremos las moléculas. Y si luego vemos las moléculas, ellos dirán "Oye, es un gran objetivo para mirar con James Webb o Hubble o cualquier otra cosa '".

Una ventana a la galaxia

NESSI comenzó como un concepto en 2008 cuando Swain visitó la clase de astrobiología de Creech-Eakman en New Mexico Tech. Tomando café Swain le contó a su colega sobre las observaciones de exoplanetas que había hecho con un telescopio terrestre que no resultaron bien. Creech-Eakman se dio cuenta de que un instrumento diferente combinado con el telescopio adecuado podría lograr los objetivos de Swain. En una servilleta los dos bosquejaron una idea de lo que se convertiría en NESSI.

Diseñaron el instrumento para el Observatorio de la Cordillera de Magdalena en Magdalena, Nuevo Mexico. Pero una vez que los investigadores comenzaron a usarlo en abril de 2014, el instrumento no funcionó como se esperaba.

Swain sugirió mover NESSI al Telescopio Hale de 200 pulgadas de Palomar, which is much larger and more powerful—and also more accessible for the team. Owned and operated by Caltech, which manages JPL for NASA, Palomar has designated observing nights for researchers from JPL.

Relocating NESSI—a 5-foot-tall (1.5-meter-tall) blue, cylindrical device with wires coming out of it—wasn't just a matter of placing it on a truck and driving southwest. The electrical and optical systems needed to be reworked for its new host and then tested again. NESSI also needed a way to communicate with a different telescope, so University of Arizona doctoral student Kyle Pearson developed software to operate the instrument at Palomar. By early 2018, NESSI was ready to climb the mountain.

A crane lifted NESSI more than 100 feet (30 meters) to the top of the Hale Telescope on Feb. 1, 2018. Technicians installed the instrument in a "cage" at the Hale's prime focus, which enables all of the light from the 530-ton telescope to be funneled into NESSI's detectors.

The team celebrated NESSI's glimpse of its first star on Feb. 2, 2018, but between limited telescope time and fickle weather, more than a year of testing and troubleshooting would pass (never mind the time the decades-old lift got stuck as Zellem and Swain ascended to the telescope cage).

"We track down the problems and we fix them. That's the name of the game, " Creech-Eakman said.

As the team continued making adjustments in 2019, Swain tapped a local high school student to design a baffle—a cylindrical device to help direct more light to NESSI's sensors. This piece was then 3-D-printed in JPL's machine shop.

When NESSI finally detected transiting planets on Sept. 11, 2019, the team didn't pause to pop open champagne. Researchers are now working out the measurements of HD 189773b's atmosphere. The team has also compiled a list of exoplanets they want to go after next.

"It's really rewarding, finalmente, to see all of our hard work is paying off and that we're getting NESSI to work, " Zellem said. "It's been a long journey, and it's really gratifying to see this happen, especially in real time."