Crédit :Université de Pennsylvanie
Au point culminant des montagnes Quinlan, surplombant le désert de Sonora qui s'étend à travers le sud de l'Arizona, NEID (prononcé comme "fluide") a récemment recueilli ses premières observations, connu familièrement par les astronomes sous le nom de « première lumière, " à l'observatoire national de Kitt Peak.
Installé au télescope Wisconsin-Indiana-Yale-NOAO (WIYN) de 3,5 mètres, Le NEID peut mesurer les changements dans le mouvement des étoiles proches avec une grande précision. Cet instrument de pointe, qui tire son nom du mot Tohono O'odham signifiant « voir, " est maintenant à la chasse aux exoplanètes, ceux qui orbitent autour des étoiles en dehors du système solaire, et sera capable de détecter, mesure, et caractériser les nouvelles planètes avec plus de précision que jamais auparavant.
L'un des moyens par lesquels les astronomes peuvent trouver de nouvelles exoplanètes est d'utiliser la méthode du « wobble ». Deux objets en orbite, comme la Terre et le soleil, se déplacer autour d'un centre de masse commun. Les astronomes peuvent rechercher ce changement périodique de la vitesse d'une étoile lorsqu'elle se déplace afin de déterminer si l'étoile a des planètes en orbite autour d'elle.
Le principal défi de la construction du NEID, qui a plusieurs fois plus de précision que n'importe quel instrument existant de sa catégorie, impliquait d'affiner et d'optimiser ses nombreux composants. Pour faire ça, L'astronome Cullen Blake s'est associé à des chercheurs de Penn State et a soumis une proposition à la NASA et à la National Science Foundation pour concevoir et construire le NEID.
Lorsqu'une planète (cercle plus petit) tourne autour d'une étoile (cercle plus grand), l'étoile elle-même se déplacera également sur une petite orbite autour du centre de masse du système combiné (signe plus rouge). Crédit :Université de Pennsylvanie
Contrôle de la température sur un calendrier agressif
En tant que l'un des scientifiques instrumentistes du NEID, Blake dit que l'un des grands tests auxquels ils ont été confrontés a été de créer un instrument avec des niveaux de contrôle de température très fins. Les dispositifs optiques à l'intérieur du NEID, un grand récipient en métal de la taille d'une voiture, doivent être maintenus à une température constante de 300 Kelvin (environ 80 F ou 26 C) et stable au millième de degré près. "Si la température à l'intérieur de l'instrument change, il se déguisera comme le signal que vous recherchez, " explique Blake. " Il faut vraiment contrôler ça. "
Après avoir obtenu le plus grand dispositif à couplage de charge disponible dans le commerce, le détecteur numérique qui enregistre la lumière d'une étoile lointaine, Les chercheurs de Penn dans le laboratoire de Blake, y compris les anciens post-doctorants Dan Li et Sam Halverson et Ph.D. l'étudiant Mark Giovinazzi, conçu et construit le support qui abrite le détecteur afin d'avoir un contrôle optimal de la température. Après avoir assemblé l'appareil et l'avoir monté à l'aide des salles blanches de l'installation de nanofabrication de Quattrone du Singh Center, les chercheurs ont effectué une année de tests pour s'assurer que le détecteur fonctionnait conformément aux spécifications avant de l'emmener au State College et d'assembler le détecteur dans le NEID. Il a ensuite été transporté à l'observatoire de Kitt pour y être installé.
Les premières observations lumineuses du NEID ont ciblé l'étoile 51 Pegasi, la première étoile semblable au soleil qui, en 1995, s'est avérée héberger une exoplanète. Il s'agit d'une première étape importante pour l'instrument et « la première vérification que le NEID mesure la lumière des étoiles comme prévu et qu'il est en passe d'être pleinement fonctionnel, " dit Jason Wright, Scientifique du projet NEID à la Penn State University.
De la conception initiale à l'installation, NEID a été achevé en quatre ans, un court laps de temps pour intégrer les nombreux composants différents dans ce qui est généralement une entreprise de dix ans. La raison de ce calendrier agressif était le Transitioning Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, une mission spatiale qui est également à la recherche d'exoplanètes. TESS a récemment publié de nouvelles listes d'exoplanètes candidates observables depuis l'hémisphère nord, dont les chercheurs peuvent désormais tirer parti et approfondir leurs études en utilisant le NEID.
Première image lumineuse du spectre 51 Pegasi capturée par le NEID. Le panneau de gauche montre le spectre lumineux de l'étoile des longueurs d'onde courtes (bleu) à longues (rouge). De légers déficits, représentés par des interruptions sombres le long du spectre (zoomées dans le panneau de droite) montrent les "empreintes digitales" des éléments présents dans l'atmosphère de l'étoile. En mesurant le mouvement subtil de ces caractéristiques, les astronomes peuvent détecter le « vacillement » d'une étoile en réponse à une planète en orbite. Crédit :Guðmundur Kári Stefánsson/Université de Princeton/Laboratoire national de recherche en astronomie optique-infrarouge de la NSF/KPNO/NSF/AURA
Exoplanètes à l'horizon
La communauté astronomique était ravie de découvrir pour la première fois la première lumière du NEID lors de la 235e réunion de l'American Astronomical Society la semaine dernière. Alors que les techniciens et les opérateurs d'instruments travaillent encore sur les problèmes du NEID, Blake dit qu'ils font des observations régulières et est convaincu que le NEID sera pleinement opérationnel dans les prochains mois. Blake ajoute également qu'avoir du personnel à temps plein sur site signifiera moins de temps nécessaire aux chercheurs pour faire des observations et dépanner les instruments. "Ce sera l'une des choses qui aidera vraiment à augmenter l'impact scientifique - avoir des observateurs professionnels là-bas tout le temps qui obtiennent la meilleure science possible, " dit Blake.
En tant que nouvel instrument qui a « une décennie d'avance sur ce à quoi la communauté américaine avait accès auparavant, " Blake espère que le NEID trouvera un foyer à long terme à Kitt Peak, où il sera disponible pour l'ensemble de la communauté astronomique américaine. Une grande partie du temps de l'Observatoire dans un avenir proche sera consacrée à la chasse aux exoplanètes, qui, selon Blake, peut considérablement augmenter les chances à la fois de trouver de nouvelles planètes et de mener des études scientifiques détaillées et efficaces à leur sujet.
"Une chose que nous avons apprise, c'est que vous pouvez construire l'instrument le plus sophistiqué que vous voulez, mais une chose qui est inestimable est d'avoir autant de nuits sur le télescope que vous le pouvez, " dit Blake. " Les étoiles elles-mêmes font toutes sortes de choses qui compliquent cette mesure que nous essayons de faire, et une façon d'attaquer est d'avoir autant d'observations rapprochées que possible dans le temps."
La structure du miroir et des télescopes WIYN en action. Crédit :Laboratoire national de recherche en astronomie optique-infrarouge de la NSF/KPNO/NSF/AURA
Grâce à ses capacités de pointe, Le NEID excellera dans la recherche de planètes de la taille de la Terre dans la zone habitable d'une étoile - pas trop près de l'étoile pour être trop chaude, et pas trop loin du soleil pour être trop froid - et sera extrêmement efficace pour trouver de nouvelles planètes en orbite autour d'étoiles beaucoup plus petites. Et avec l'annonce récente de la première planète de la taille de la Terre trouvée dans la zone habitable d'une étoile, et plus de découvertes d'exoplanètes probables alors que TESS continue d'étudier le ciel, Le NEID jouera un rôle actif dans le suivi de ces découvertes à l'avenir.
Avec toutes les myriades de capacités que NEID apporte sur le terrain, cela gardera certainement Blake et d'autres astronomes occupés à la chasse aux exoplanètes dans les années à venir. "Je suis impatient d'obtenir de grands ensembles de données de qualité de production, étudier des systèmes planétaires intéressants, et s'attaquer aux mauvaises herbes sur ce que nous pouvons tirer des données, pour voir jusqu'où pouvons-nous descendre en termes de masses planétaires qui seraient détectables, " dit Blake. " C'est excitant de passer de la phase de construction et de quincaillerie à la science. Ce sera chouette de voir ce que nous apprenons."
