El espectrómetro NEID ilumina el camino hacia la exploración de exoplanetas

A medida que la NASA amplía su búsqueda para descubrir exoplanetas, planetas más allá de nuestro sistema solar, también aumenta su caja de herramientas. Durante el verano, una nueva herramienta llamada NEID (pronunciado NOO-id) entregó su primer lote de datos sobre la estrella más cercana y mejor estudiada, nuestro Sol.

El espectrómetro NEID, que ayudará a localizar y caracterizar nuevos mundos, observa el cielo desde el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona. Comenzó su búsqueda de exoplanetas en serio en junio de 2021. Sin embargo, NEID recopilará casi la misma cantidad de datos del Sol durante el día que de las estrellas durante la noche. Esto se debe a que el Sol brinda a los astrónomos una visión más detallada de los tipos de cambios que ocurren en las estrellas anfitrionas de los exoplanetas, cambios que pueden afectar la detección y la habitabilidad de estos mundos alienígenas.

Un equipo del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, MD, apoyó el diseño, el desarrollo y la puesta en marcha de NEID. El instrumento mide la velocidad radial:el cambio en el movimiento de una estrella causado por el tirón gravitatorio de sus planetas. Este movimiento altera ligeramente la luz de la estrella. Las velocidades radiales dan a los astrónomos una medida de la masa de un planeta en relación con su estrella anfitriona.

"Lo que es realmente crítico para estos planetas es conocer sus masas", dijo Michael McElwain, científico de instrumentos del equipo de desarrollo de NEID. "Cuando conoces el tamaño y la masa, eso proporciona dos parámetros fundamentales para estos exoplanetas".

Actualmente, la técnica de tránsito es la principal forma en que los científicos descubren exoplanetas y miden sus tamaños relativos. Los científicos pueden detectar un exoplaneta buscando cambios periódicos en la luz de las estrellas cercanas, que ocurren cuando un planeta en órbita cruza la cara de la estrella desde nuestro punto de vista.

El Telescopio Espacial Kepler y el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA ya han identificado miles de exoplanetas utilizando la técnica de tránsito. NEID se basará en los datos de TESS midiendo las velocidades radiales de los planetas descubiertos por TESS.

Juntas, estas medidas de tamaño y masa se pueden usar para determinar la densidad aparente de un planeta, lo que brinda a los científicos una idea de la composición general del planeta. Un planeta especialmente denso, por ejemplo, podría tener una composición rocosa. Los científicos utilizarán esa información para determinar qué planetas son los más adecuados para un estudio adicional por parte del Telescopio Espacial James Webb de la NASA.

El espectrómetro opera en el telescopio WIYN de 3,5 metros en Kitt Peak, y pertenece a una nueva clase de instrumentos de velocidad radial que pueden lograr una precisión tres veces mejor que nunca antes. El telescopio apuntará a una estrella, recogerá su luz y la alimentará a través de una fibra óptica que la llevará al espectrógrafo, que está alojado en una sala limpia térmicamente aislada y construida especialmente en el piso inferior del observatorio.

“Un espectrógrafo, en su nivel más básico, divide la luz en varios colores, o lo que llamamos longitudes de onda”, dijo Sarah Logsdon, científica de instrumentos de NEID. “Eso es realmente útil para nosotros porque los átomos y moléculas individuales tienen una emisión o absorción diferente en longitudes de onda muy específicas. Con NEID, podemos medir cuánto se desplazan estas líneas de absorción y emisión en relación con su posición de reposo cuando un planeta tira de su estrella”. El tamaño de ese cambio permite a los astrónomos determinar la masa del planeta en relación con la masa de su estrella.

Un desafío potencial para las observaciones de NEID es que las estrellas mismas pueden cambiar. El plasma caliente brota de su interior, se enfría y vuelve a caer, mientras toda la superficie se estremece con oscilaciones sísmicas. Los campos magnéticos globales y locales crean manchas estelares más oscuras y frías y otras características visibles. Toda esta actividad hace difícil diferenciar entre la actividad estelar y los efectos de los exoplanetas.

Sin embargo, el Sol sirve como referencia para comprender mejor la actividad estelar. Además de recibir luz del telescopio WIYN, NEID también recibirá luz de un telescopio solar montado en el techo del observatorio. Con el tiempo, estos datos solares ayudarán a los científicos a identificar eventos similares en sus observaciones de estrellas más distantes. Después de ser procesados ​​para ayudar a los astrónomos que investigan el tema de la actividad estelar, todos los datos del telescopio solar se hacen públicos.

“El Sol señala el camino”, dijo Suvrath Mahadevan, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad Estatal de Pensilvania e investigador principal de NEID. “Durante décadas, el icónico y ahora retirado telescopio McMath Pierce en Kitt Peak fue la principal instalación para estudiar el Sol. NEID es ahora el puente que conecta la ciencia de los exoplanetas con las observaciones solares, el Sol con las estrellas y un puente que conecta la historia de Kitt Peak con su presente y futuro”.

El equipo anunció las primeras observaciones de luz de NEID en enero de 2020. NEID observó 51 Pegasi, la primera estrella similar al Sol que alberga un exoplaneta. NEID ahora está disponible para su uso por parte de la comunidad científica a través de su programa de observación de invitados.