SPECULOOS-teleskoperne og søger efter røde verdener på den nordlige himmel

Med et nyt teleskop placeret på et naturskønt plateau på Tenerife, Spanien, MIT planetariske forskere har nu en ekstra måde at søge efter jord-størrelse exoplaneter. Artemis, det første jordbaserede teleskop af SPECULOOS Northern Observatory (SNO), slutter sig til et netværk af 1-meter-klasse robotteleskoper som en del af SPECULOOS-projektet (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars), som ledes af Michael Gillon ved University of Liège i Belgien og udføres i samarbejde med MIT og flere andre institutioner og økonomiske støtter. Artemis er det seneste produkt af et samarbejde med MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber (EAPS). De andre netværksteleskoper, der udgør SPECULOOS Southern Observatory - ved navn Io, Europa, Ganymedes, og Callisto efter de fire galileiske måner af Jupiter - er oppe at køre ved Paranal Observatory i Chile, travlt med at scanne himlen for exoplaneter på den sydlige halvkugle.

Sammen, disse SPECULOOS-teleskoper vil lede efter jordiske planeter, der cirkulerer meget svagt, nærliggende stjerner, kaldet ultra-cool dværge, og det nye Artemis-teleskop vil give forskergruppen mulighed for at udvide søgningen ind på den nordlige halvkugles himmel. Artemis blev afsløret i dag ved en indvielsesbegivenhed med deltagelse af videnskabsmænd og dignitærer fra MIT, universitetet i Liège, og Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) på Tenerife. Artemis blev finansieret af MIT-donorerne Peter A. Gilman, Heising-Simons Foundation, og Colin og Leslie Masson, med yderligere støtte fra ministeriet for videregående uddannelse i Federation Wallonie-Bruxelles, og Balzan Fonden.

Før SPECULOOS-teleskoperne blev udtænkt, forskere havde allerede etableret proof of concept for denne teknik med et projekt ved hjælp af en lille, jordbaseret teleskop placeret i La Silla, Chile, kendt som TRAPPIST (TRansiting Planets and PlanetesImals Small Telescope). Med TRAPPIST-teleskopet, forskere så på en begrænset prøve på 50 målstjerner og opdagede TRAPPIST-1-systemet, som består af syv jordiske planeter, der kredser om deres kølige, ultra-dværgstjerne. Til dato, disse er de eneste kendte planeter, der er i nærheden, på størrelse med jorden, tempereret, og modtagelig for fremtidig atmosfærisk karakterisering, adskiller dem fra tidligere exoplanetfund. SPECULOOS-gruppen bygger videre på dette tidligere projekt med sit nye teleskopnetværk for at scanne mere af himlen for lignende jord-størrelse exoplaneter, og levere flere mål, der kan vurderes for beboelighed og potentielt tegn på liv i fremtiden.

Julien de Wit er EAPS adjunkt, SPECULOOS samarbejdspartner, Artemis hovedefterforsker, og SNO co-principal investigator med Gillon. Som postdoc i gruppen af ​​MIT-professor Sara Seager, han arbejdede sammen med Gillon og TRAPPIST-teamet for at identificere og karakterisere TRAPPIST-1-systemet. Senere stod han i spidsen for udvidelsen af ​​SPECULOOS-satsningen på den nordlige halvkugle. EAPS talte for nylig med de Wit om Artemis' muligheder, og hvad vi kan forvente at finde med SPECULOOS-projektet.

Spørgsmål:Fortæl os om det nye Artemis-teleskop. Hvorfor er det særligt spændende?

A:Det første teleskop af SPECULOOS Northern Observatory hedder Artemis, bygget og ejet af MIT, efter den græske gudinde for jagten, ørkenen, månen, hvilket virkede passende, da vi er på jagt efter planeter og tegn på liv.

Artemis ligger på den spanske kanariske ø Tenerife omkring 150 miles fra Marokkos kyst. SNO er ​​bygget i Teide Observatory, som er et astronomisk observatorium ved Teide-vulkanen, 2, 400 meter over havets overflade og drives af Insituto de Astrofisica de Canarias. Stedet, som er vært for et af de første store internationale observatorier, kan prale af fremragende astronomiske forhold til visning.

Hvad angår selve teleskopet, den måler omkring 4 meter høj, med en optisk kvalitet på mindre end 0,8 buesek. og et synsfelt, 12 arcmin gange 12 arcmin. Artemis, som blev bygget af det tyske firma ASTELCO, har en robotholder, og dets detektorer er meget følsomme over for de nær-infrarøde bølgelængder, som vi finder, der kommer fra disse ultra-kolde dværgstjerner. Vi fjernstyrer det fra MIT eller andre samarbejdsinstitutioner.

Med TRAPPIST, vi demonstrerede et proof of concept – der bekræfter, at ultra-kolde dværgstjerner har kapaciteten til at være vært for planeter – og vi undersøger atmosfæren på disse TRAPPIST-1-planeter med Hubble-rumteleskopet. Til dato, der er ingen andre tempererede planeter på størrelse med Jorden, der ville være så udsøgte mål for atmosfærisk undersøgelse. Dette berettigede en fuldstændig opskalering med SPECULOOS-projektet.

Teleskoper som dette giver to vigtige observationsfordele. En, på grund af lignende planet-til-stjerne-arealforhold, signalet, vi får fra en planet på størrelse med Jorden, der passerer en ultra-cool dværgstjerne, vil ligne en planet på størrelse med Jupiter, der krydser foran en sollignende stjerne. To, i nærheden af ​​deres beboelige zone, på grund af deres lille størrelse og temperatur, betyder, at beboelige planeter vil have små transitperioder, ligner gasgiganter, som er i tæt kredsløb om stjerner af soltypen. Det betyder, at hver stjerne vil kræve mindre overvågningstid, og at transitsøgningen målrettes mod ca. 1, 200 nærmeste ultra-coole stjerner kunne opnås på omkring 10 år med fire teleskoper, der scanner hver halvkugle.

Q:Hvad er målet med Artemis, og hvor mange exoplaneter vurderer du, kan evalueres af MITs nye SPECULOOS Northern Observatory?

A:Hver nat, vi vil samle billeder af en bestemt del af himlen, fokuseret på vores målstjerner for at søge efter et lysstyrkefald, der er karakteristisk for en planetarisk transit.

Målet med Artemis-teleskopet er at se på de omkring 800 nærmeste ultra-kolde dværgstjerner placeret på den nordlige himmel (og en flig af den sydlige himmel) for at finde planeter på størrelse med Jorden, der kan have et tempereret klima og være modtagelige for yderligere dybdegående karakterisering med næste generation af observatorier, såsom James Webb Space Telescope (JWST) og Extremely Large Telescopes. Disse vil være i stand til at fortælle os mere om deres atmosfære, klima, og hvilke molekyler der kan være til stede på dem. Vi forventer med tillid at identificere omkring 15 tempererede planeter med SPECULOOS-netværket, og gør det på en relevant tidslinje, som gør det muligt at studere deres atmosfærer med JWST, som forventes lanceret i 2021 og vare i 10 år.

Derudover vi udvider Artemis' arbejdsområde. Vi planlægger at lave en opfølgning på nogle af de sværeste planetkandidater (jordiske planeter omkring små M-dværge) identificeret af den MIT-ledede TESS [Transiting Exoplanet Survey Satellite] NASA-mission, da Artemis har 100 gange større udsigtsområder. Vi vil også være i stand til at studere asteroider, kometer, og andre genstande, såsom observationer af Quaoar-okkultationen, med andre forskere ved MIT og uden for instituttet.

Q:Du nævnte, at Artemis er det første teleskop til SPECULOOS Northern Observatory. Betyder det, at flere teleskoper kan blive tilføjet til SPECULOOS-netværket i fremtiden?

A:Ja, vi håber at bygge SPECULOOS Northern Observatory og tilføje teleskoper til at ledsage Artemis. Faktisk, vi har allerede bygget en ekstra platform klar til at være vært for en tvilling til Artemis, så snart vi har fundet yderligere finansiering. Vores aftale med Teide-observatoriet reserverer plads til at rumme op til tre ekstra teleskoper. Dette vil give os mulighed for grundigt at studere alle de nærmeste ultra-kolde dværgstjerner og fuldføre undersøgelsen på den nordlige halvkugle i tide til at udføre den atmosfæriske karakterisering af deres transitplaneter med JWST.

Med SPECULOOS, vi giver det vores bedste chance for at muliggøre identifikation af levesteder uden for Jorden inden for det næste årti. Vores team ser frem til at dele "første lys" med vores donorer og offentligheden, og det er et privilegium for MIT at arbejde sammen med vores internationale partnere om denne spændende satsning.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.