Спектрометр NEID ускоряет поиск экзопланет

По мере того как NASA расширяет свой поиск экзопланет — планет за пределами нашей Солнечной системы — она также расширяет свой инструментарий. Летом новый инструмент под названием NEID (произносится NOO-id) доставил свой первый пакет данных о ближайшей и наиболее изученной звезде — нашем Солнце.

Спектрометр NEID, который поможет находить и характеризовать новые миры, наблюдает небо с Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Он начал свой поиск экзопланет в earnest в июне 2021 года. Однако NEID будет собирать почти столько же данных от Солнца днём, сколько от звёзд ночью. Это потому, что Солнце даёт астрономам их самый детальный взгляд на виды изменений, происходящих на родительских звёздах экзопланет, изменения, которые могут влиять на обнаружение и пригодность для жизни этих чуждых миров.

Команда в Космическом полётном центре Goddard NASA в Гринбелте, штат Мэриленд, поддерживала проектирование, разработку и ввод в эксплуатацию NEID. Инструмент измеряет радиальную скорость: смещение движения звезды, вызванное гравитационным тяготением её планет. Это движение слегка изменяет свет звезды. Радиальные скорости дают астрономам измерение массы планеты относительно её родительской звезды.

«Что действительно критично для этих планет — это знание их масс», — сказал Майкл МакЭлвейн, учёный-инструменталист для команды разработки NEID. «Когда вы знаете размер и массу, это даёт два фундаментальных параметра для этих экзопланет».

В настоящее время транзитная техника — основной способ, которым учёные обнаруживают экзопланеты и измеряют их относительные размеры. Учёные могут обнаружить экзопланету, ища периодические изменения в свете ближайших звёзд, которые происходят, когда вращающаяся планета пересекает диск звезды с нашей точки зрения.

Космический телескоп Kepler NASA и Спутник для исследования транзитов экзопланет (TESS) уже идентифицировали тысячи экзопланет с использованием транзитной техники. NEID будет строиться на данных TESS, измеряя радиальные скорости планет, обнаруженных TESS.

Вместе эти измерения размера и массы могут использоваться для определения объёмной плотности планеты, что даёт учёным представление о общем составе планеты. Особенно плотная планета, например, может иметь каменистый состав. Учёные будут использовать эту информацию для определения, какие планеты лучше всего подходят для дополнительного изучения космическим телескопом Джеймса Уэбба NASA.

Спектрометр работает на телескопе WIYN 3,5 метра в Китт-Пик и принадлежит к новому классу инструментов радиальной скорости, которые могут достигать точности примерно в три раза лучше, чем когда-либо раньше. Телескоп нацеливается на звезду, собирая её свет и пропуская через оптическое волокно, которое несёт его в спектрограф, размещённый в специально построенном, термически изолированном чистом помещении на нижнем этаже обсерватории.

«Спектрограф, на его самом базовом уровне, разделяет свет на его различные цвета, или то, что мы называем длинами волн», — сказала Сара Логсдон, учёный-инструменталист для NEID. «Это действительно полезно для нас, потому что индивидуальные атомы и молекулы имеют разную эмиссию или поглощение на очень специфических длинах волн. С NEID мы можем измерить, насколько эти линии поглощения и эмиссии смещаются относительно их позиций покоя, когда планета тянет за свою звезду». Размер этого смещения позволяет астрономам определить массу планеты относительно массы её звезды.

Одной из потенциальных проблем для наблюдений NEID является то, что сами звезды могут меняться. Горячая плазма поднимается из их недр, остывает и падает обратно, пока вся поверхность дрожит от сейсмических осцилляций. Глобальные и локальные магнитные поля создают более тёмные, более холодные звездные пятна и другие видимые особенности. Вся эта активность делает сложным различение звездной активности и эффектов экзопланет.

Однако Солнце служит базовой линией для лучшего понимания звездной активности. Помимо приёма света от телескопа WIYN, NEID также будет получать свет от солнечного телескопа, установленного на крыше обсерватории. Со временем эти солнечные данные помогут учёным идентифицировать похожие события в их наблюдениях более далеких звёзд. После обработки для помощи астрономам, исследующим проблему звездной активности, все данные с солнечного телескопа делаются публичными.

«Солнце указывает путь», — сказал Суврат Махадеван, профессор астрономии и астрофизики в Пенн-стейт и главный исследователь NEID. «Десятилетиями знаковый и теперь списанный телескоп Макмат-Пирс в Китт-Пик был ведущим объектом для изучения Солнца. NEID теперь мост, соединяющий науку об экзопланетах с солнечными наблюдениями, Солнце со звёздами, и мост, соединяющий историю Китт-Пик с его настоящим и будущим».

Команда объявила о первых наблюдениях NEID в январе 2020 года. NEID наблюдал 51 Pegasi, первую солнеподобную звезду, найденную с экзопланетой. NEID теперь доступен для использования научным сообществом через свою гостевую программу наблюдений.