Op het hoogste punt van de Quinlan-bergen, met uitzicht op de Sonorawoestijn terwijl deze zich uitstrekt over het zuiden van Arizona, NEID (uitgesproken als "vloeistof") heeft onlangs zijn eerste waarnemingen verzameld, in de volksmond door astronomen bekend als "eerste licht, " bij de Kitt Peak National Observatory.

Geïnstalleerd op de 3,5 meter Wisconsin-Indiana-Yale-NOAO (WIYN) Telescoop, NEID kan veranderingen in de beweging van nabije sterren met hoge precisie meten. Dit ultramoderne instrument, die zijn naam ontleent aan het Tohono O'odham-woord dat "zien, " is nu op jacht naar exoplaneten, degenen die om sterren buiten het zonnestelsel draaien, en zal kunnen detecteren, meeteenheid, en karakteriseren nieuwe planeten nauwkeuriger dan ooit tevoren.

Een manier waarop astronomen nieuwe exoplaneten kunnen vinden, is door de "wobble"-methode te gebruiken. Twee objecten in een baan, zoals de aarde en de zon, bewegen rond een gemeenschappelijk zwaartepunt. Astronomen kunnen zoeken naar deze periodieke verschuiving in de snelheid van een ster terwijl deze beweegt om uit te zoeken of er planeten om de ster draaien.

De primaire uitdaging bij het bouwen van NEID, die meerdere malen nauwkeuriger is dan enig bestaand instrument in zijn klasse, omvatte het verfijnen en optimaliseren van de talrijke componenten ervan. Om dit te doen, astronoom Cullen Blake werkte samen met onderzoekers van Penn State en diende een voorstel in bij NASA en de National Science Foundation om NEID te ontwerpen en te bouwen.

Temperatuurregeling op een agressieve tijdlijn

Als een van de instrumentwetenschappers van NEID, Blake zegt dat een van de grote tests waarmee ze werden geconfronteerd, was om een ​​instrument te maken met zeer fijne niveaus van temperatuurregeling. De optische apparaten binnen NEID, een groot metalen vat ter grootte van een auto, moeten op een constante temperatuur van 300 Kelvin (ongeveer 80 F of 26 C) en stabiel worden gehouden tot binnen een duizendste van een graad. "Als de temperatuur in het instrument verandert, het zal zich voordoen als het signaal dat u zoekt, " legt Blake uit. "Dat moet je echt beheersen."

Na het verkrijgen van het grootste in de handel verkrijgbare Charge Coupled Device, de digitale detector die het licht van een verre ster registreert, Penn-onderzoekers in Blake's lab, waaronder voormalige postdocs Dan Li en Sam Halverson en Ph.D. student Mark Giovinazzi, ontwierp en bouwde de houder waarin de detector is ondergebracht om een ​​optimale temperatuurregeling te hebben. Na montage van het apparaat en montage met behulp van cleanroomfaciliteiten in de Quattrone Nanofabrication Facility van het Singh Center, de onderzoekers voerden een jaar lang testen uit om er zeker van te zijn dat de detector aan de specificaties voldeed voordat ze hem naar State College brachten en de detector in NEID assembleerden. Het werd vervolgens naar het Kitt Observatory gebracht voor installatie.

NEID's eerste-lichtwaarnemingen waren gericht op de ster 51 Pegasi, de eerste zonachtige ster waarvan in 1995 een exoplaneet werd gevonden. Dit markeert een belangrijke eerste mijlpaal voor het instrument en is "de eerste verificatie dat NEID sterrenlicht meet zoals verwacht en op weg is naar volledige functionaliteit, " zegt Jason Wright, NEID-projectwetenschapper aan de Penn State University.

Van eerste ontwerp tot installatie, NEID was in vier jaar klaar, een korte tijd om de vele verschillende componenten te integreren in wat typisch een decennium lang streven is. De reden voor het agressieve schema was NASA's Transitioning Exoplanet Survey Satellite (TESS), een ruimtemissie die ook op jacht is naar exoplaneten. TESS heeft onlangs nieuwe lijsten vrijgegeven van kandidaat-exoplaneten die waarneembaar zijn vanaf het noordelijk halfrond, waar onderzoekers nu gebruik van kunnen maken en verder kunnen studeren met behulp van NEID.

Exoplaneten aan de horizon

De astronomiegemeenschap was verheugd om voor het eerst te leren over het eerste licht van NEID tijdens de 235e bijeenkomst van de American Astronomical Society vorige week. Terwijl de instrumenttechnici en operators nog steeds bezig zijn met het oplossen van NEID's knikken, Blake zegt dat ze regelmatig observaties doen en heeft er vertrouwen in dat de NEID de komende maanden volledig operationeel zal zijn. Blake voegt er ook aan toe dat het hebben van fulltime personeel ter plaatse betekent dat onderzoekers minder tijd nodig hebben voor het maken van observaties en het oplossen van problemen met instrumenten. "Dat zal een van de dingen zijn die echt helpen de wetenschappelijke impact te vergroten - er altijd professionele waarnemers hebben die de beste wetenschap krijgen die ze kunnen krijgen, ' zegt Blake.

Als een nieuw instrument dat "een decennium verder is dan waar de Amerikaanse gemeenschap eerder toegang toe had, " Blake hoopt dat NEID een langdurig thuis zal vinden in Kitt Peak, waar het beschikbaar zal zijn voor de hele Amerikaanse astronomiegemeenschap. Een groot deel van de tijd van het Observatorium zal in de nabije toekomst worden besteed aan de jacht op exoplaneten, waarvan Blake zegt dat het de kansen op zowel het vinden van nieuwe planeten als het uitvoeren van gedetailleerde en effectieve wetenschappelijke studies over hen aanzienlijk kan vergroten.

"Eén ding dat we hebben geleerd, is dat je het mooiste instrument kunt bouwen dat je wilt, maar één ding dat van onschatbare waarde is, is zoveel mogelijk nachten op de telescoop hebben, "zegt Blake. "De sterren zelf doen allerlei dingen die deze meting die we proberen te maken, bemoeilijken, en een manier om aan te vallen is om zoveel mogelijk observaties op tijd te hebben."

Door zijn state-of-the-art mogelijkheden, NEID zal uitblinken in het vinden van planeten ter grootte van de aarde binnen de bewoonbare zone van een ster - niet te dicht bij de ster om te heet te zijn, en niet te ver van de zon om te koud te zijn - en zal buitengewoon goed zijn in het vinden van nieuwe planeten die rond veel kleinere sterren draaien. En met de recente aankondiging van de eerste planeet ter grootte van de aarde gevonden in de bewoonbare zone van een ster, en meer exoplaneetbevindingen waarschijnlijk naarmate TESS de lucht blijft bestuderen, De NEID zal in de toekomst een actieve rol spelen bij het opvolgen van dergelijke bevindingen.

Met alle talloze mogelijkheden die NEID in het veld brengt, het zal Blake en andere astronomen de komende jaren zeker bezig houden met de jacht op exoplaneten. "Ik kijk ernaar uit om grote sets gegevens van productiekwaliteit te krijgen, planetaire systemen bestuderen die interessant zijn, en het onkruid wieden over wat we uit de gegevens kunnen halen, om te zien hoe laag we kunnen gaan in termen van planeetmassa's die detecteerbaar zouden zijn, ", zegt Blake. "Het is spannend om van de bouw- en hardwarefase naar wetenschap te gaan. Het zal leuk zijn om te zien wat we leren."