Спектрометр NEID открывает 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. Серьезные поиски экзопланет начались в июне. Однако NEID будет собирать почти столько же данных от Солнца в течение дня, как и от звезд ночью. Это потому, что Солнце предоставляет астрономам наиболее подробный взгляд на виды изменений, которые происходят на звездах-хозяевах экзопланет, изменения, которые могут повлиять на обнаружение и обитаемость этих инопланетных миров.

Разработка NEID

Команда Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, во главе с Майклом МакЭлвейном, поддерживала проектирование, разработку и ввод в эксплуатацию NEID. Он финансировался программой NASA Exoplanet Exploration Program, управляемой Лабораторией реактивного движения (JPL) в Южной Калифорнии. Инструмент измеряет лучевую скорость – сдвиг в движении звезды, вызванный гравитационным притяжением ее планет. Это движение немного изменяет свет звезды. Лучевые скорости дают астрономам возможность измерить массу планеты относительно ее звезды.

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

Метод транзита

В настоящее время метод транзита является основным способом открытия экзопланет и измерения их относительных размеров. Ученые могут обнаружить экзопланету, отслеживая периодические изменения в свете близлежащих звезд, которые происходят, когда орбитальная планета пересекает лицо звезды с нашей точки зрения.

Космический телескоп НАСА Кеплер и спутник для исследования транзитных экзопланет (TESS) уже идентифицировали тысячи экзопланет с помощью транзитной техники. NEID будет основываться на данных TESS, измеряя лучевые скорости планет, открытых TESS.

Вместе эти измерения размера и массы могут использоваться 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 дополнительных исследований с помощью будущего космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА .

Работа NEID

Спектрометр работает на 3,5-метровом телескопе WIYN на Китт-Пике и принадлежит к новому классу приборов для измерения лучевых скоростей, которые могут достигать точности примерно в три раза лучше, чем когда-либо прежде. Телескоп будет указывать на звезду, собирая ее свет и передавая его через оптическое волокно, которое переносит его в спектрограф, расположенный в специально построенной, теплоизолированной чистой комнате на нижнем этаже обсерватории.

«Спектрограф, на самом базовом уровне, разделяет свет на его различные цвета, или то, что мы называем длинами волн, – сказала Сара Логсдон, специалист по приборам из NEID и научный сотрудник Национального научного фонда NOIRLab , национального центра наземной астрономии со штаб-квартирой в Тусоне, Аризона. – 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 за собой свою звезду ».

Величина этого сдвига позволяет астрономам определять массу планеты относительно массы ее звезды.

Воздействие экзопланет

Одним из потенциальных препятствий для наблюдений NEID является то, что сами звезды могут меняться. Горячие плазменные пузыри поднимаются из их недр, охлаждают и падают обратно, в то время как вся поверхность дрожит 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 воздействием 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 похожие события в своих наблюдениях за более далекими звездами. После обработки, чтобы помочь астрономам исследовать проблему звездной активности, все данные с солнечного телескопа публикуются, а первый набор данных о Солнце был выпущен в июне 2021 года.

«Солнце указывает путь, – отметил Суврат Махадеван, профессор астрономии и астрофизики Университета Пенсильвании и главный исследователь NEID. – На протяжении десятилетий культовый телескоп МакМата Пирса, который сейчас выведен из эксплуатации на Китт-Пике, был главным объектом для изучения Солнца. NEID теперь является мостом, который соединяет науку об экзопланетах с наблюдениями за Солнцем, звездами и мостом, который соединяет историю Китт Пик с его настоящим и будущим ».

Команда NEID

Команда NEID объявила о наблюдениях первого света NEID в январе 2020 года. NEID наблюдала 51 Пегаса, первую звезду типа Солнца, у которой обнаружена экзопланета. NEID теперь доступен для использования научным сообществом через программу гостевых наблюдений.

NEID финансируется партнерством между NASA и NSF под названием NN-EXPLORE (партнерство NASA-NSF по исследованию экзопланет), которым управляет JPL. Партнерство стало результатом рекомендации, содержащейся в Десятилетнем обзоре астрономии и астрофизики 2010 г., в которой содержится призыв к программе наземных съемок лучевых скоростей. NEID – это сокращение от NN-EXPLORE Exoplanet Investigations with Doppler Spectroscopy, но в названии также используется слово, которое примерно переводится как «видеть» на языке народа Тохоно О’одхам , где размещен Китт Пик.

«Это была колоссальная командная работа, и я действительно горжусь этим инструментом и тем, что он способен наблюдать», – сказал МакЭлвейн.

Группу NEID возглавляет Пенн Стейт с основными партнерами из Пенсильванского университета, Университета Аризоны, Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и Научного института НАСА по экзопланетам в Калифорнийском технологическом институте.

Спектрограф NEID был построен в Пенсильвании. Национальная исследовательская лаборатория оптико-инфракрасной астрономии (NOIRLab) NSF отвечала за модификации 3,5-метрового телескопа WIYN с целью приспособления к NEID. Разработкой адаптера порта телескопа руководила компания NOIRLab в Университете Висконсина. Дополнительные участники NEID включают Карлтонский колледж, Национальный институт стандартов и технологий, Калифорнийский университет Ирвина, Университет Колорадо и Университет Маккуори.

Миссия DAVINCI узнает десять загадок Венеры