Espectrómetro NEID Acelera la Búsqueda de Exoplanetas

A medida que la NASA expande su búsqueda para descubrir exoplanetas —planetas más allá de nuestro sistema solar— también amplía su caja de herramientas. Durante el verano, una nueva herramienta llamada NEID (pronunciado NÚ-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 por la noche. Eso es porque el Sol proporciona a los astrónomos su visión más detallada de los tipos de cambios que ocurren en las estrellas anfitrionas de exoplanetas, cambios que pueden afectar la detección y habitabilidad de estos mundos alienígenas.

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

“Lo que es realmente crítico para estos planetas es conocer sus masas”, dijo Michael McElwain, científico de instrumentos para el 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 estrellas cercanas, que ocurren cuando un planeta en órbita cruza la cara de la estrella desde nuestro punto de vista.

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

Juntas, estas mediciones de tamaño y masa pueden usarse para determinar la densidad aparente de un planeta, lo que da a los científicos una idea de la composición general del planeta. Un planeta especialmente denso, por ejemplo, podría tener una composición rocosa. Los científicos usarán esa información para determinar qué planetas son los más adecuados para estudios adicionales por el 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 aproximadamente tres veces mejor que nunca antes posible. El telescopio apuntará a una estrella, recolectando su luz y alimentándola a través de una fibra óptica que la lleva al espectrógrafo, que se encuentra en una sala limpia especialmente construida, térmicamente aislada en el piso inferior del observatorio.

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

Un desafío potencial para las observaciones de NEID es que las propias estrellas pueden cambiar. Burbujas de plasma caliente suben desde sus interiores, se enfrían y caen de nuevo, mientras toda la superficie tiembla con oscilaciones sísmicas. Campos magnéticos globales y locales crean manchas estelares más oscuras y frías y otras características visibles. Toda esta actividad dificulta diferenciar entre la actividad estelar y los efectos de los exoplanetas.

Sin embargo, el Sol sirve como línea base para comprender mejor la actividad estelar. Además de tomar 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 problema 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 desmantelado telescopio McMath Pierce en Kitt Peak fue la instalación principal para estudiar el Sol. NEID es ahora el puente que conecta la ciencia de exoplanetas con 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 observaciones de primera luz de NEID en enero de 2020. NEID observó 51 Pegasi, la primera estrella similar al Sol encontrada para albergar un exoplaneta. NEID ahora está disponible para uso por la comunidad científica a través de su programa de observación de invitados.