Het nieuwe NEID-instrument, nu geïnstalleerd op de 3,5-meter WIYN-telescoop bij Kitt Peak National Observatory in Zuid-Arizona, VS, heeft zijn eerste waarnemingen gedaan. Het door NSF-NASA gefinancierde instrument is ontworpen om de beweging van nabije sterren met extreme precisie te meten - ongeveer drie keer beter dan de vorige generatie ultramoderne instrumenten - waardoor we kunnen detecteren, bepaal de massa van, en karakteriseren exoplaneten zo klein als de aarde.

Gelegen bovenop Tohono O'odham Nation-land in de Arizona-Sonoran-woestijn, op exoplaneten jagende spectrograaf NEID is nu op weg om aardmassa-exoplaneten te ontdekken. Het nieuwe instrument, een extreem nauwkeurige radiale snelheidsspectrometer, verzamelt sterlicht op de 3,5 meter lange WIYN-telescoop van Kitt Peak National Observatory (KPNO), een programma van het National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NSF's OIR Lab) van de NSF.

De aankondiging van het eerste licht werd gedaan tijdens een persconferentie die vandaag werd gehouden op de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society.

NEID detecteert exoplaneten door het subtiele effect te meten dat deze planeten op hun moedersterren hebben. Planeten trekken door de zwaartekracht aan de ster waar ze omheen draaien, het produceren van een kleine "wobbel" - een periodieke verschuiving in de snelheid van de ster. Dit gebeurt in ons eigen zonnestelsel - Jupiter zorgt ervoor dat de zon met ongeveer 47 km/uur beweegt (ongeveer 29 mijl per uur:sneller dan de recordbrekende sprinter Usain Bolt!), terwijl de aarde een kalme beweging veroorzaakt met een snelheid van slechts 0,3 km/uur (ongeveer 0,2 mijl per uur). De grootte van de wiebel is evenredig met de massa van een planeet in een baan om de aarde, wat betekent dat NEID-metingen kunnen worden gebruikt om de massa's van exoplaneten te bepalen. De huidige instrumenten kunnen snelheden meten tot 3,5 km/uur (iets meer dan 2 mijl per uur:een langzaam wandeltempo), maar NEID is gebouwd om nog lagere snelheden te detecteren - mogelijk om exoplaneten van de aarde bloot te leggen.

"In het laatste decennium was de stand van de techniek ongeveer 3,5 km/uur, " legt Jason Wright uit, NEID-projectwetenschapper aan de Penn State University. "NEID zal naar verwachting 1 km/uur halen, de envelop naar een hogere precisie duwen."

Al een indrukwekkende jachtmachine op exoplaneten, NEID wordt nog krachtiger in samenwerking met ruimteobservatoria, zoals de Transiting Exoplanet Survey Satellite.

"Als we toekomstige NEID-waarnemingen combineren met gegevens van ruimtevaartuigen, dingen zullen echt interessant worden, en we zullen kunnen leren waaruit planeten zijn gemaakt, " vervolgt Wright. "We zullen de dichtheid van de planeet kennen, wat een aanwijzing is om te begrijpen hoeveel van een atmosfeer de planeet heeft; is het gasvormig zoals Saturnus, een ijsreus zoals Neptunus, rotsachtig als de aarde, of iets daar tussenin - een superaarde of sub-Neptunus?"

Om de NEID in staat te stellen deze metingen uit te voeren, is extreme precisie vereist - en een even extreem instrument. Sterrenlicht dat door de WIYN-telescoop wordt opgevangen, wordt door een optische vezel naar een speciaal gebouwde thermische behuizing geleid die het NEID-instrument omhult. Om ervoor te zorgen dat NEID-metingen stabiel blijven gedurende de levensduur van vijf jaar, de optica wordt op een vaste temperatuur gehouden die stabiel is tot op een duizendste van een graad.

NEID's eerste-lichtwaarnemingen waren gericht op de ster 51 Pegasi, de eerste zon-achtige ster gevonden, in 1995, om een ​​exoplaneet te huisvesten. "First light is een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van een instrument, " zei Wright. "Het is de eerste verificatie dat NEID het sterrenlicht meet zoals verwacht en op weg is naar volledige functionaliteit."

De mogelijkheden van NEID zijn bijzonder indrukwekkend gezien hoe snel het instrument van de tekentafel naar het eerste licht ging. "De korte ontwikkeltijd van NEID is opmerkelijk, " legt Jayadev Rajagopal van NSF's OIR Lab uit, de WIYN-telescoopwetenschapper en hoofd operaties. "Het NEID-team heeft in slechts 3 jaar en 9 maanden een instrument van de volgende generatie geleverd."

Hoewel NEID is ontworpen om exoplaneten te bestuderen, het heeft te maken met de kleinschalige beweging van het kolkende plasma aan het oppervlak van sterren, dat signalen creëert die planetaire signalen kunnen maskeren of zelfs nabootsen - een uitdaging die sterrenastrofysici opwindt. De wetenschappelijke output van de NEID zal verder worden vergroot door het instrument breed beschikbaar te maken voor astronomen, in tegenstelling tot andere precisie radiale snelheidsspectrometers.

"Een van de unieke aspecten van NEID is dat het beschikbaar is voor gebruik door alle astronomen, in lijn met de missie van NSF's OIR Lab, " legt Sarah Logsdon uit, de NEID Instrument Scientist bij NSF's OIR Lab. Met een grotere pool van astronomen die NEID gebruiken om een ​​breed scala aan ideeën uit te proberen, het team verwacht dat hun spectrograaf een van de wetenschappelijk meest productieve zal blijken te zijn.

Suvrath Mahadevan, Professor of Astronomy &Astrophysics aan Penn State en Principal Investigator van NEID licht toe:"Het NEID-project biedt de mogelijkheid om te werken met een getalenteerd en dynamisch team, om de volgende generatie experimentatoren op te leiden, en om een ​​ontdekkingsmachine te ontwikkelen die alle astronomen kunnen gebruiken, ongeacht nationaliteit, instelling of rang."

Exoplaneten ontdekt met NEID zullen helpen bij het identificeren van doelen voor vervolgobservaties met aankomende faciliteiten zoals de NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope, die in staat zal zijn om de atmosferen van passerende exoplaneten te detecteren en te karakteriseren. Dit maakt NEID een belangrijk onderdeel van de voortdurende zoektocht naar andere aardes, en brengt ons een stap dichter bij het bepalen of er elders in de Melkweg werkelijk aardachtige planeten zijn.