NEID exoplanet instrument ser det første lys

Det nye NEID-instrument, nu installeret ved det 3,5 meter lange WIYN-teleskop ved Kitt Peak National Observatory i det sydlige Arizona, USA, har gjort sine første observationer. Det NSF-NASA-finansierede instrument er designet til at måle bevægelsen af ​​nærliggende stjerner med ekstrem præcision - omtrent tre gange bedre end den forrige generation af avancerede instrumenter - hvilket giver os mulighed for at detektere, bestemme massen af, og karakterisere exoplaneter så små som Jorden.

Sidder på toppen af ​​Tohono O'odham Nation-landet i Arizona-Sonoran-ørkenen, exoplanet-jagt spektrograf NEID er nu på vej til at opdage jordmasse exoplaneter. Det nye instrument, et radialhastighedsspektrometer med ekstrem præcision, samler stjernelys på det 3,5 meter lange WIYN-teleskop ved Kitt Peak National Observatory (KPNO), et program fra NSF's National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NSF's OIR Lab).

Annonceringen af ​​det første lys blev foretaget på en pressekonference afholdt i dag på det 235. møde i American Astronomical Society.

NEID registrerer exoplaneter ved at måle den subtile effekt, disse planeter har på deres moderstjerner. Planeter trækker gravitationsmæssigt på stjernen, de kredser om, producerer en lille "slingre" - et periodisk skift i stjernens hastighed. Dette sker i vores eget solsystem – Jupiter får Solen til at bevæge sig med omkring 47 km/t (ca. 29 miles i timen:hurtigere end den rekordstore sprinter Usain Bolt!), hvorimod Jorden forårsager en rolig bevægelse med en hastighed på kun 0,3 km/t (ca. 0,2 miles i timen). Størrelsen af ​​slingren er proportional med en kredsende planets masse, hvilket betyder, at NEID-målinger kan bruges til at bestemme massen af ​​exoplaneter. Nuværende instrumenter kan måle hastigheder så lave som 3,5 km/t (lidt over 2 miles i timen:et langsomt gangtempo), men NEID blev bygget til at detektere endnu lavere hastigheder - potentielt afslørende jordmasse exoplaneter.

"I det sidste årti har den nyeste teknologi været omkring 3,5 km/t, " forklarer Jason Wright, NEID Project Scientist ved Penn State University. "NEID forventes at nå 1 km/t, skubbe kuverten til højere præcision."

Allerede en imponerende exoplanet-jagtmaskine, NEID bliver endnu mere kraftfuldt i samarbejde med rumobservatorier, såsom Transiting Exoplanet Survey Satellite.

"Når vi kombinerer fremtidige NEID-observationer med data fra rumfartøjer, tingene bliver virkelig interessante, og vi vil være i stand til at lære, hvad planeter er lavet af, " fortsætter Wright. "Vi vil kende planetens tæthed, som er et fingerpeg om at forstå, hvor meget af en atmosfære planeten har; er det gasformigt som Saturn, en iskæmpe som Neptun, stenet som Jorden, eller noget midt imellem - en super-jord eller under-Neptun?"

At tillade NEID at foretage disse målinger kræver ekstrem præcision - og et lige så ekstremt instrument. Stjernelys opsamlet af WIYN-teleskopet føres af en optisk fiber til et specialbygget termisk kabinet, der omslutter NEID-instrumentet. For at sikre, at NEID-målinger forbliver stabile over instrumentets femårige levetid, dens optik holdes på en fast temperatur, der er stabil inden for en tusindedel af en grad.

NEIDs førstelysobservationer var rettet mod stjernen 51 Pegasi, den første sollignende stjerne fundet, i 1995, at være vært for en exoplanet. "Første lys er en vigtig milepæl i et instruments udvikling, " sagde Wright. "Det er den første verifikation af, at NEID måler stjernelys som forventet og er på vej til fuld funktionalitet."

NEIDs egenskaber er særligt imponerende i betragtning af, hvor hurtigt instrumentet gik fra tegnebrættet til det første lys. "NEID's korte udviklingstid er bemærkelsesværdig, " forklarer Jayadev Rajagopal fra NSF's OIR Lab, WIYN-teleskopforskeren og operationschefen. "NEID-teamet har leveret et næste generations instrument på kun 3 år og 9 måneder."

Mens NEID er designet til at studere exoplaneter, det må kæmpe med småskalabevægelsen af ​​det kværnende plasma ved stjernernes overflader, som skaber signaler, der kan maskere eller endda efterligne planetariske signaler - en udfordring, der begejstrer stjerneastrofysikere. NEID's videnskabelige output vil blive yderligere øget ved at gøre instrumentet bredt tilgængeligt for astronomer, i modsætning til andre præcisions radiale hastighedsspektrometre.

"Et af de unikke aspekter ved NEID er, at det er tilgængeligt til brug af alle astronomer, i tråd med missionen fra NSF's OIR Lab, " forklarer Sarah Logsdon, NEID Instrument Scientist ved NSF's OIR Lab. Med en bredere pulje af astronomer, der bruger NEID til at afprøve en bred vifte af ideer, holdet forventer, at deres spektrograf kan vise sig at være en af ​​de mest videnskabeligt produktive.

Suvrath Mahadevan, Professor i Astronomi og Astrofysik ved Penn State og Principal Investigator for NEID uddyber:"NEID-projektet giver mulighed for at arbejde med et talentfuldt og dynamisk team, at træne den næste generation af eksperimentalister, og at udvikle en opdagelsesmaskine, som alle astronomer kan ansøge om at bruge, uanset nationalitet, institution eller rang."

Exoplaneter opdaget med NEID vil hjælpe med at identificere mål for opfølgende observationer med kommende faciliteter som NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope, som vil være i stand til at detektere og karakterisere atmosfærerne på transiterende exoplaneter. Dette gør NEID til en vigtig del af den igangværende søgen efter andre jorder, og tager os et skridt tættere på at afgøre, om der virkelig er jordlignende planeter andre steder i Mælkevejen.