Un nuevo instrumento de la NASA buscará planetas detectando oscilaciones sutiles de sus estrellas madre. Para prepararse, estudiará el sol.
A medida que la NASA expande 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. 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 ofrece 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 habitabilidad de estos mundos alienígenas.
Un equipo del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, dirigido por Michael McElwain, apoyó el diseño, el desarrollo y la puesta en servicio de NEID. NEID fue financiado por el Programa de Exploración de Exoplanetas de la NASA, administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la agencia en el sur de California. El instrumento mide la velocidad radial, el cambio en el movimiento de una estrella causado por el tirón gravitacional 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.
La velocidad radial es un método para encontrar planetas alrededor de otras estrellas buscando el tirón gravitacional de esos planetas en sus estrellas madres. NEID, que se muestra aquí montado en el telescopio WIYN de 3.5 metros en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, es un instrumento de velocidad radial de vanguardia. Crédito: Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF / KPNO / NSF / AURA
“Lo que es realmente crítico para estos planetas es conocer sus masas”, dijo McElwain, científico de instrumentos del equipo de desarrollo de NEID. “Cuando se conoce el tamaño y la masa, se obtienen dos parámetros fundamentales para estos exoplanetas”.
Actualmente, la técnica del 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 Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) 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 próximo telescopio espacial James Webb de la NASA .
El espectrómetro funciona con 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. El telescopio apuntará a una estrella, recogerá su luz y la alimentará a través de una fibra óptica que la llevará al espectrógrafo, que se encuentra en una sala limpia especialmente construida y aislada térmicamente 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, el científico instrumento para NEID y un asistente científico (NSF) de la Fundación Nacional de Ciencia NOIRLab , un centro nacional para la astronomía terrestre con sede en Tucson, Arizona. “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.
La luz de la estrella 51 Pegasi se extiende para revelar longitudes de onda individuales o colores (izquierda). Una sección ampliada (derecha) muestra espacios que revelan la presencia de elementos químicos específicos. Esta técnica, denominada espectroscopia, es un paso clave en la búsqueda de exoplanetas del instrumento NEID. Crédito: Guðmundur Kári Stefánsson / Universidad de Princeton / Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF / KPNO / NSF / AURA
Un desafío potencial para las observaciones de NEID es que las propias estrellas pueden cambiar. El plasma caliente burbujea desde su interior, se enfría y retrocede, mientras que 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 que sea difícil diferenciar entre la actividad estelar y los efectos de los exoplanetas.
Sin embargo, el Sol sirve como base 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 a investigar el tema de la actividad estelar, todos los datos del telescopio solar se hacen públicos, y el primer conjunto de datos solares se publica en junio de 2021.
“El Sol señala el camino”, dijo Suvrath Mahadevan, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de Penn State 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 su futuro ”.
El equipo NEID anunció las observaciones de la primera 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 la comunidad científica a través de su programa de observación de invitados.
NEID está financiado por una asociación entre la NASA y NSF llamada NN-EXPLORE (la asociación NASA-NSF Exoplanet Observational Research), que es administrada por JPL. La asociación surgió de una recomendación en el 2010 Astronomy and Astrophysics Decadal Survey que pedía un programa de levantamientos terrestres de velocidad radial. NEID es la abreviatura de NN-EXPLORE Exoplane Investigations with Doppler spectroscopy, pero el nombre también se basa en una palabra que se traduce aproximadamente como “ver” en el idioma de la nación Tohono O’odham , que incluye Kitt Peak.
“Este fue un tremendo esfuerzo de equipo y estoy muy orgulloso de este instrumento y de lo que es capaz de observar”, dijo McElwain.
El equipo NEID está dirigido por Penn State con socios importantes en la Universidad de Pensilvania, la Universidad de Arizona, el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y el Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA en Caltech.
El espectrógrafo NEID fue construido en Penn State. El Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF (NOIRLab) fue responsable de las modificaciones al telescopio WIYN de 3.5 metros para acomodar NEID. El diseño del adaptador del puerto del telescopio fue dirigido por NOIRLab y fue construido en la Universidad de Wisconsin. Los participantes adicionales de NEID incluyen Carleton College, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, la Universidad de California en Irvine, la Universidad de Colorado y la Universidad Macquarie.
Fuente: JPL
