Planetfinder til beboelig zone gør det muligt at finde planeter omkring seje stjerner

En ny astronomisk spektrograf bygget af et Penn State-ledet hold af forskere giver de højeste præcisionsmålinger til dato af infrarøde signaler fra nærliggende stjerner, giver astronomer mulighed for at opdage planeter, der er i stand til at have flydende vand på deres overflader, der kredser om kølige stjerner uden for vores solsystem. Habitable Zone Planet Finder (HPF) tillader præcis måling af en stjernes radiale hastighed, målt ved den subtile ændring i farven på stjernens spektre, når den trækkes af en planet i kredsløb, som er kritisk information i opdagelsen og bekræftelsen af ​​nye planeter.

HPF, placeret ved McDonald Observatory ved University of Texas i Austin, målretter mod lavmasseplaneter omkring kølige nærliggende M dværgstjerner i beboelige zoner, områder, hvor flydende vand kan eksistere på en planets overflade. M dværgstjerner er kendt for at være vært for klippeplaneter, men disse stjerner er svage på grund af deres størrelse, og deres magnetiske aktivitet manifesterer sig som pletter og udbrud, som giver problemer for eksisterende instrumenter til synligt lys. HPF, koblet til 10 meter Hobby Eberly Telescope, bruger i stedet nær-infrarødt lys - en type usynligt infrarødt lys, der er tættest på det synlige spektrum i bølgelængde - til at observere disse stjerner ved bølgelængder, hvor de er lysere og mindre aktive.

"HPF'en blev bygget til at være utrolig stabil, og vi tilføjede en kalibrator kaldet en laserfrekvenskam for at øge præcisionen, " sagde Suvrath Mahadevan, lektor i astronomi og astrofysik ved Penn State og Principal Investigator i HPF-projektet. "Laserkammen, som blev specialbygget af National Institute of Standards and Technology (NIST), adskiller individuelle bølgelængder af lys i separate linjer, som tænderne på en kam, og bruges som en lineal til at kalibrere den nær-infrarøde energi fra stjernerne. Denne kombination af teknologier har givet os mulighed for at demonstrere hidtil uset nær-infrarød radial hastighedspræcision med observationer af Barnards stjerne, en af ​​de nærmeste stjerner på Solen." Disse resultater vises i bladets 20. februar-udgave Optica .

"Vi er især interesserede i at finde jordlignende planeter, der kredser i den beboelige zone af de nærmeste stjerner, " sagde Mike Endl, seniorforsker ved McDonald Observatory. "Disse planeter omkring nærliggende stjerner repræsenterer vores bedste chance for at karakterisere og studere dem mere detaljeret. Laserfrekvenskammen ved HPF gør os i stand til at nå det høje præcisionsniveau, der kræves for at opdage disse små planeter."

"Detektering af nær-infrarøde bølgelængder udgør også enorme tekniske udfordringer, " sagde Mahadevan. F.eks. instrumentet er så følsomt over for infrarødt lys, at varme, der udsendes ved stuetemperatur, blinder detektoren, kræver operationer ved meget kolde temperaturer. HPF blev designet til at overvinde disse udfordringer, og tilbyder også et ekstremt højt niveau af kontrol over temperatur og tryk - afgørende for korrekt funktion af instrumentet.

"The Habitable Zone Planet Finder var og er en unik mulighed for at skubbe ud over de kendte løsninger for at finde planeter, der potentielt kunne rumme liv, " sagde Fred Hearty, seniorforsker i astronomi og astrofysik ved Penn State og systemingeniøren for HPF. "Hvert fremskridt, vi har gjort i udviklingen af ​​dette instrument, har afsløret dybere og mere subtile udfordringer."

Larry Ramsey, fremtrædende forsker og professor i astronomi og astrofysik ved Penn State, og en af ​​de oprindelige opfindere af Hobby Eberly Telescope-designet tilføjede:"Forsknings- og udviklingsrejsen for præcisionsinstrumenter som Hobby-Eberly-teleskopet begyndte i 1980'erne i Penn State. I løbet af de næste årtier, dette førte til konstruktionen af ​​adskillige instrumenter, der i høj grad har forbedret vores evne til at søge efter potentielt beboelige planeter – lige fra Fiber Optic Echelle Instrument og det nær-infrarøde Pathfinder instrument testbed til den kraftfulde Habitable Zone Planet Finder, som har en utrolig spektral stabilitet og hastighedsfølsomhed, når den er koblet til Hobby Eberly Telescope."

Mahadevan tilskrev HPF's succes og dets laserkamkalibrator til det multidisciplinære og multi-institutionelle HPF-team. "Vi ville ikke have været i stand til at skubbe disse astrofysiske grænser uden at skubbe tekniske og tekniske grænser her på jorden, " han sagde, "eller uden det hårde arbejde, engagement og kreativitet hos kandidatstuderende, postdoc-stipendiater, forskningsmedarbejder, fakultet, og industripartnere, der har arbejdet på HPF i næsten et årti. Disse resultater vil bane vejen for at bryde barrierer i det nær-infrarøde, muliggør opdagelse af jordbaserede planeter i beboelige zoner."

Habitable Zone Planet Finder og dets frekvenskamkalibreringssystem blev bygget med støtte fra US National Science Foundations Major Research Instrumentation og Advanced Technology &Instrumentation-programmer, Penn State, og National Institute of Standards and Technology. Løbende analyse af data er støttet af en bevilling fra Heising-Simons Fonden.