L'obscurité entourant le télescope Hale se brise avec un éclat de ciel bleu alors que le dôme commence à s'ouvrir, cris de métal, des sons de science-fiction au sommet de la montagne Palomar du comté de San Diego. L'observatoire historique sent le pétrole pompé pour soutenir les roulements qui font flotter ce télescope géant très légèrement lorsqu'il se déplace pour suivre les étoiles.

Depuis février 2018, les scientifiques ont testé un instrument au télescope Hale appelé New Mexico Exoplanet Spectroscopic Survey Instrument, ou NESSI. Une collaboration entre le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, et l'Institut des mines et de la technologie du Nouveau-Mexique, NESSI a été construit pour examiner les atmosphères des planètes qui orbitent autour d'étoiles au-delà de notre Soleil, ou exoplanètes, offrant de nouvelles perspectives sur ce que sont ces mondes.

Jusque là, NESSI a vérifié deux "Jupiters chauds, " géantes gazeuses massives en orbite près de leurs étoiles et trop brûlantes pour maintenir la vie. appelé HD 189773b, a des températures et des vents si extrêmes qu'il peut y pleuvoir du verre sur le côté. L'autre, WASP-33b, a une couche d'atmosphère « écran solaire », avec des molécules qui absorbent la lumière ultraviolette et visible.

Récemment, NESSI a observé ces planètes croisant leurs étoiles hôtes, prouver que l'instrument pourrait aider à confirmer d'éventuelles planètes précédemment observées par d'autres télescopes. Il est maintenant prêt pour des études plus détaillées des cousins ​​éloignés de notre système solaire. Et tandis que l'instrument est conçu pour observer des planètes beaucoup plus grandes que la Terre, Les méthodes du NESSI pourraient un jour être utilisées pour rechercher des planètes de la taille de la Terre une fois que les technologies futures seront disponibles.

"NESSI est un outil puissant pour nous aider à rencontrer la famille, " a déclaré Mark Swain, un astrophysicien et le responsable du JPL pour NESSI. « Il y a vingt-cinq ans, à notre meilleure connaissance, nous pensions que nous étions seuls. Maintenant, nous savons que, du moins en termes de planètes, nous ne sommes pas, et que cette famille est vaste et très diversifiée."

Pourquoi NESSI

NESSI voit la galaxie en lumière infrarouge, qui est invisible à l'œil humain. Il fixe des étoiles individuelles pour observer la diminution de la lumière lorsqu'une planète passe devant son étoile hôte, un événement appelé transit. Du transit, les astronomes peuvent connaître la taille de la planète par rapport à son étoile hôte. Lorsque la planète passe directement derrière l'étoile et réapparaît, ça s'appelle une éclipse. NESSI peut rechercher des signatures de molécules de l'atmosphère de la planète détectables à la lumière des étoiles avant et après l'éclipse.

Au sein de NESSI, les appareils qui focalisent la lumière infrarouge la diffusent en un arc-en-ciel, ou spectre, en le filtrant pour des longueurs d'onde particulières liées à la chimie atmosphérique des planètes lointaines.

"Nous pouvons choisir les parties du spectre où se trouvent les molécules, parce que c'est vraiment ce que nous recherchons dans l'infrarouge de ces exoplanètes - des signatures moléculaires de choses comme le dioxyde de carbone, l'eau et le méthane pour nous dire qu'il se passe quelque chose d'intéressant sur cette planète en particulier, " a déclaré Michelle Creech-Eakman, chercheur principal pour NESSI à New Mexico Tech.

Le NESSI est équipé pour suivre les découvertes d'autres observatoires tels que le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. TESS scanne tout le ciel en lumière visible pour les planètes autour de brillant, étoiles proches, mais les planètes candidates qu'il découvre doivent être confirmées par d'autres méthodes. C'est pour s'assurer que ces signaux détectés par TESS proviennent bien des transits planétaires, pas d'autres sources.

NESSI peut également aider à établir un pont entre la science entre TESS et le télescope spatial James Webb de la NASA, lancement prévu en 2021. Le plus grand, l'observatoire spatial le plus complexe jamais réalisé, Webb étudiera des planètes individuelles pour en savoir plus sur leurs atmosphères et si elles contiennent des molécules associées à l'habitabilité. Mais puisque le temps de Webb sera précieux, les scientifiques veulent le pointer uniquement sur les cibles les plus intéressantes et les plus accessibles. Par exemple, si NESSI ne voit aucune signature moléculaire autour d'une planète, cela implique que les nuages ​​bloquent son atmosphère, ce qui rend peu probable qu'il soit une bonne cible pour Webb.

"Cela nous aide à voir si une planète est claire ou nuageuse ou brumeuse, " a déclaré Rob Zellem, un astrophysicien et le responsable de la mise en service du JPL sur NESSI. "Et si c'est clair, nous verrons les molécules. Et si alors nous voyons les molécules, ils diront, "Hey, c'est une excellente cible à regarder avec James Webb ou Hubble ou n'importe quoi d'autre.'"

Une fenêtre sur la galaxie

NESSI a commencé comme un concept en 2008 lorsque Swain a visité la classe d'astrobiologie de Creech-Eakman à New Mexico Tech. Autour d'un café, Swain a parlé à son collègue des observations d'exoplanètes qu'il avait faites avec un télescope au sol qui ne s'était pas bien déroulé. Creech-Eakman a réalisé qu'un instrument différent combiné avec le bon télescope pourrait atteindre les objectifs de Swain. Sur une serviette, les deux ont esquissé une idée de ce qui allait devenir NESSI.

Ils ont conçu l'instrument pour l'observatoire de Magdalena Ridge à Magdalena, Nouveau Mexique. Mais une fois que les chercheurs ont commencé à l'utiliser en avril 2014, l'instrument n'a pas fonctionné comme prévu.

Swain a suggéré de déplacer NESSI vers le télescope Hale de 200 pouces de Palomar, qui est beaucoup plus grand et plus puissant, et aussi plus accessible pour l'équipe. Détenu et exploité par Caltech, qui gère le JPL pour la NASA, Palomar has designated observing nights for researchers from JPL.

Relocating NESSI—a 5-foot-tall (1.5-meter-tall) blue, cylindrical device with wires coming out of it—wasn't just a matter of placing it on a truck and driving southwest. The electrical and optical systems needed to be reworked for its new host and then tested again. NESSI also needed a way to communicate with a different telescope, so University of Arizona doctoral student Kyle Pearson developed software to operate the instrument at Palomar. By early 2018, NESSI was ready to climb the mountain.

A crane lifted NESSI more than 100 feet (30 meters) to the top of the Hale Telescope on Feb. 1, 2018. Technicians installed the instrument in a "cage" at the Hale's prime focus, which enables all of the light from the 530-ton telescope to be funneled into NESSI's detectors.

The team celebrated NESSI's glimpse of its first star on Feb. 2, 2018, but between limited telescope time and fickle weather, more than a year of testing and troubleshooting would pass (never mind the time the decades-old lift got stuck as Zellem and Swain ascended to the telescope cage).

"We track down the problems and we fix them. That's the name of the game, " Creech-Eakman said.

As the team continued making adjustments in 2019, Swain tapped a local high school student to design a baffle—a cylindrical device to help direct more light to NESSI's sensors. This piece was then 3-D-printed in JPL's machine shop.

When NESSI finally detected transiting planets on Sept. 11, 2019, the team didn't pause to pop open champagne. Researchers are now working out the measurements of HD 189773b's atmosphere. The team has also compiled a list of exoplanets they want to go after next.

"It's really rewarding, finalement, to see all of our hard work is paying off and that we're getting NESSI to work, " Zellem said. "It's been a long journey, and it's really gratifying to see this happen, especially in real time."