Спектрометр NEID освещает путь к исследованию экзопланет

По мере того, как НАСА расширяет свои поиски экзопланет — планет за пределами нашей Солнечной системы — оно также расширяет свой набор инструментов. Летом новый инструмент под названием NEID (произносится как NOO-id) предоставил первую порцию данных о ближайшей и наиболее изученной звезде — нашем Солнце.

Спектрометр NEID, который поможет найти и охарактеризовать новые миры, наблюдает за небом из Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Он всерьез начал поиск экзопланет в июне 2021 года. Однако NEID будет собирать почти столько же данных от Солнца в течение дня, сколько и от звезд ночью. Это потому, что Солнце дает астрономам возможность наиболее подробно изучить виды изменений, которые происходят в звездах-хозяевах экзопланет, изменения, которые могут повлиять на обнаружение и обитаемость этих инопланетных миров.

Команда из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, поддержала проектирование, разработку и ввод в эксплуатацию NEID. Инструмент измеряет лучевую скорость:сдвиг в движении звезды, вызванный гравитационным притяжением ее планет. Это движение слегка изменяет свет звезды. Лучевые скорости позволяют астрономам измерять массу планеты относительно ее звезды-хозяина.

«Что действительно важно для этих планет, так это знание их массы», — сказал Майкл МакЭлвейн, специалист по приборам из группы разработчиков NEID. «Когда вы знаете размер и массу, это дает два основных параметра для этих экзопланет».

В настоящее время метод транзита является основным способом, с помощью которого ученые открывают экзопланеты и измеряют их относительные размеры. Ученые могут обнаружить экзопланету, отслеживая периодические изменения в свете ближайших звезд, которые происходят, когда вращающаяся планета пересекает поверхность звезды с нашей точки зрения.

Космический телескоп НАСА «Кеплер» и спутник для исследования транзитных экзопланет (TESS) уже идентифицировали тысячи экзопланет с помощью метода транзита. NEID будет основываться на данных TESS, измеряя радиальные скорости планет, открытых с помощью TESS.

Вместе эти измерения размера и массы можно использовать для определения объемной плотности планеты, что дает ученым представление об общем составе планеты. Например, особенно плотная планета может иметь каменистый состав. Ученые будут использовать эту информацию, чтобы определить, какие планеты лучше всего подходят для дополнительного изучения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА.

Спектрометр работает на 3,5-метровом телескопе WIYN в Китт-Пик и принадлежит к новому классу приборов для определения лучевых скоростей, точность которых примерно в три раза выше, чем когда-либо прежде. Телескоп будет наводиться на звезду, собирая ее свет и направляя его по оптическому волокну, которое передает его в спектрограф, расположенный в специально построенном теплоизолированном чистом помещении на нижнем этаже обсерватории.

«Спектрограф на самом базовом уровне разделяет свет на различные цвета, или то, что мы называем длинами волн», — говорит Сара Логсдон, научный сотрудник NEID. «Это действительно полезно для нас, потому что отдельные атомы и молекулы имеют разное излучение или поглощение на очень определенных длинах волн. С помощью NEID мы можем измерить, насколько эти линии поглощения и излучения смещаются относительно их положения покоя, когда планета тянет свою звезду». Величина этого смещения позволяет астрономам определить массу планеты относительно массы ее звезды.

Одна потенциальная проблема для наблюдений NEID заключается в том, что сами звезды могут меняться. Горячая плазма вырывается из их недр, остывает и падает обратно, а вся поверхность содрогается от сейсмических колебаний. Глобальные и локальные магнитные поля создают более темные и холодные звездные пятна и другие видимые объекты. Вся эта активность затрудняет различие между звездной активностью и влиянием экзопланет.

Однако Солнце служит отправной точкой для лучшего понимания звездной активности. Помимо получения света от телескопа WIYN, NEID также будет получать свет от солнечного телескопа, установленного на крыше обсерватории. Со временем эти солнечные данные помогут ученым идентифицировать подобные события в своих наблюдениях за более далекими звездами. После обработки для помощи астрономам, изучающим вопрос звездной активности, все данные с солнечного телескопа публикуются.

«Солнце указывает путь», — сказал Суврат Махадеван, профессор астрономии и астрофизики Пенсильванского государственного университета и главный исследователь NEID. «В течение десятилетий культовый и ныне выведенный из эксплуатации телескоп McMath Pierce в Китт-Пик был главным объектом для изучения Солнца. NEID теперь является мостом, который соединяет науку об экзопланетах с солнечными наблюдениями, Солнце со звездами и мост, который соединяет историю Китт-Пика с его настоящим и будущим».

Команда объявила о наблюдениях первого света NEID в январе 2020 года. NEID наблюдал 51 Pegasi, первую солнцеподобную звезду, у которой обнаружена экзопланета. NEID теперь доступен для использования научным сообществом в рамках программы гостевых наблюдений.