Een top een slapende vulkaan in Hawaï, een uiterst delicaat instrument - ontworpen om wetenschappers te helpen verre werelden te vinden - ligt in honderden stukjes over de vloer verspreid.

"Stel je voor dat je probeert een van die enorme LEGO-sets in elkaar te zetten, behalve dat er geen instructieboek is; je hebt het al eens eerder gedaan, maar dan moest je alles uit elkaar halen en in zakjes doen, " zei Jacob Bean, universitair hoofddocent astronomie en astrofysica aan de Universiteit van Chicago. "Ook je bent 14, 000 voet, en als de lucht zo dun is, schaadt het je oordeel en denken, en dus werk je hier 12-uursdiensten om zware dingen te tillen, maar ook om een ​​delicaat instrument in elkaar te zetten."

Dit was de taak van Bean als hoofd van een UChicago-project om een ​​innovatief instrument te bouwen en te installeren dat de lucht zal scannen op nieuwe exoplaneten - werelden in andere zonnestelsels die mogelijk leven zouden kunnen herbergen. In de afgelopen acht jaar is Bean en zijn team hadden het instrument ontworpen en gebouwd, genaamd MAROON-X; deze zomer hebben ze het eindelijk bevestigd aan een telescoop van het Gemini Observatorium op de top van Mauna Kea, Hawaii.

"Het was een behoorlijk intense zes maanden voor mijn team om dit instrument in gebruik te nemen, " zei Boon, een expert in verre werelden wiens onderzoek zich richt op het ontdekken en onderzoeken van potentieel bewoonbare planeten in andere zonnestelsels. "Maar in de komende 10 jaar gaan we dingen leren over bewoonbare werelden die we nooit eerder hadden geweten. Het zal echt transformerend zijn."

Enkele decennia geleden, Dankzij technologische vooruitgang konden wetenschappers beginnen met het detecteren van de zeer zwakke handtekeningen van planeten die rond andere sterren in verre zonnestelsels draaien. Er is een explosie van ontdekkingen geweest; momenteel, NASA somt 4 op, 000 bevestigde exoplaneten en duizenden andere kandidaten.

Echter, we hebben nog steeds geen bevestigde aardachtige exoplaneten met bewoonbare oppervlaktecondities. Het ding over aardachtige planeten, daarom duurt het zo lang om ze te vinden en te karakteriseren, is dat ze extreem moeilijk te zien zijn. Omdat deze planeten rond een ster cirkelen die minstens een miljoen keer helderder is dan zij, rechtstreeks naar ze zoeken is als proberen een blikseminslag te zien naast een vuurtoren aan de andere kant van het land. Wetenschappers moeten dus indirecte manieren vinden om ze te vinden op basis van de effecten die ze op hun sterren hebben.

MAROON-X doet dit door de extreem kleine zwaartekracht op te merken die een exoplaneet (of twee, of vijf, of zeven) uitoefent op zijn ster terwijl deze eromheen draait. Deze ruk zorgt ervoor dat de ster slechts het kleinste beetje wiebelt in zijn baan. Maar dat is genoeg beweging om het te vangen.

Bevestigd aan de Gemini North-telescoop, MAROON-X neemt al het licht dat door de 25-voets telescoop wordt verzameld en richt het op een plek zo breed als een mensenhaar. Dan verdeelt het dat licht in de verschillende kleuren van de regenboog en leest de intensiteit van elke band. De kleur van het licht zal iets veranderen als de ster naar voren of naar achteren beweegt. "Het is een soort radarkanon voor sterren, ' zei Boon.

Door deze wiebel op te vangen, wetenschappers kunnen de massa berekenen van de verborgen planeet (of planeten) die aan de ster trekken.

De precisie die hiervoor nodig is, natuurlijk, is ongelooflijk. "Als het licht onze detector raakt, die verschuiving is voor het menselijk oog niet waarneembaar. Het is een duizendste van een pixel. Het nadert de grootte van de siliciumatomen in de detector, "Zei Bean. "Dit is een ster die zelfs voor grote telescopen zwak is. En we kunnen zien of het naar ons toe of van ons af beweegt met een snelheid die vergelijkbaar is met de loopsnelheid van mensen - dat wil zeggen, een paar meter per seconde."

"De veranderingen waarnaar we op zoek zijn, zijn zo klein dat elke nacht voordat we observeren, we moeten het instrument opnieuw kalibreren, " zei onderzoeker Andreas Seifahrt, die MAROON-X met Bean heeft gebouwd.

'Het is echt een liefdeswerk geweest'

Bean en Seifahrt besteedden bijna tien jaar aan het ontwerpen en bouwen van MAROON-X; het is zo nauwkeurig dat de omgeving voortreffelijk moet worden gecontroleerd. "Zelfs een kleine verandering in temperatuur of luchtdruk zal de meetwaarden verstoren, dus het is gebouwd als een Russische nestpop - het bevindt zich in een vacuümkamer die zelf geïsoleerd is en in een inloopkoelkast die de temperatuur stabiel houdt tot een duizendste van een graad, ' zei Boon.

Zodra ze tevreden waren met de prestaties van het instrument, toen kwam het moeizame - en angstaanjagende - werk om het van Chicago naar Hawaï te vervoeren. "Acht jaar aan dit instrument besteden en dan vanaf het laadperron kijken hoe de vrachtwagen ermee wegrijdt en je zult het pas twee weken later zien op de top van een berg aan de overkant van een oceaan - het is behoorlijk zenuwslopend, ' zei Seifahrt.

Maar de kisten met de uitrusting hebben Hawaï veilig bereikt, waar Boon, Seifahrt, en postdocs Julian Stürmer en David Kasper hebben hun LEGO-set in elkaar gezet. Op 23 sept. MAROON-X nam zijn officiële eerste-lichtmetingen.

Het instrument zal samenwerken met NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) om een ​​volledig beeld te krijgen van kandidaat-exoplaneten. TESS zoekt naar het dimmen van het licht als een planeet voor een ster langsgaat, zodat wetenschappers kunnen zien hoe groot het is. Door dat te combineren met de massagegevens van MAROON-X, je kunt de dichtheid van een exoplaneet berekenen - wat je vertelt of je naar een rotsachtige planeet kijkt, zoals de aarde, of een gasvormige, zoals Jupiter.

MAROON-X zal ook in staat zijn om handtekeningen uit de atmosfeer van de planeet te detecteren, zoals de samenstelling en dikte.

"Langetermijn, we hopen te kunnen zoeken naar biosignaturen - dingen die alleen zouden bestaan ​​als het leven ze daar zou plaatsen, "Zei Bean. "Bijvoorbeeld, in de atmosfeer van de aarde, we hebben alleen zuurstof omdat het daar door planten is gebracht. Het is een puzzel met veel verschillende stukjes."

Terwijl ze nieuwe gegevens verzamelen, Bean verwacht samen te werken met UChicago-collega's, waaronder experts op het gebied van planetaire compositie Leslie Rogers, Dorian Abbott en Edwin Kite, en crack-exoplanetenjager Daniel Fabrycky, om de metingen om te zetten in voorspellingen over de verre exoplaneten. Spoedig, te, NASA's James Webb Space Telescope wordt gelanceerd als de opvolger van Hubble, waardoor nog meer beeldvormingsmogelijkheden op de vraag van toepassing zijn.

Naast Boon, Seifahrt, Stürmer, en Kasper, meerdere generaties UChicago-studenten, afstudeerders en postdoctorale onderzoekers werkten aan MAROON-X. "Het is echt een liefdeswerk voor mijn team geweest, "Bean zei, "en nu is het eindelijk echt. Het is een heel spannende tijd."

Seifahrt was het daarmee eens:"Dit voor elkaar krijgen met zo'n klein team en een beperkt budget is echt een prestatie. Terugkijkend, het was een beetje gek om te doen, maar we denken dat het echt een baanbrekend instrument gaat worden."