El espectrómetro NEID abre el camino hacia la exploración de exoplanetas

A medida que la NASA expande su búsqueda para descubrir exoplanetas, planetas más allá de nuestro sistema solar, aumenta su “caja de herramientas”. Durante el verano, una nueva herramienta llamada NEID aportó su primer conjunto de datos sobre la estrella más cercana y mejor estudiada, nuestro Sol.

El espectrómetro NEID, que ayudará a localizar y caracterizar nuevos planetas, observa el cielo desde el Observatorio Nacional Kitt Peak, en Arizona. Su búsqueda de exoplanetas comenzó en  junio. NEID recopilará casi la misma cantidad de datos del Sol durante el día, que de las estrellas durante la noche. Esto se debe a que el Sol ofrece a los astrónomos una visión más detallada de los tipos de cambios que se producen en las estrellas anfitrionas de los exoplanetas, cambios que pueden afectar la detección y habitabilidad de esos planetas.

Un equipo del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, dirigido por Michael McElwain, apoyó el diseño, el desarrollo y la puesta en servicio de NEID. NEID fue financiado por el Exoplanet Exploration Program de la NASA, administrado por el Jet Propulsion Laboratory  (JPL) de la agencia, en el sur de California. El instrumento mide la velocidad radial, el cambio en el movimiento de una estrella causado por el tirón gravitacional de sus planetas. Este movimiento altera ligeramente la luz de la estrella. Las velocidades radiales dan a los astrónomos la masa de un planeta en relación con su estrella anfitriona.

“Lo que es realmente importante conocer de estos planetas son sus masas”, dijo McElwain, científico de instrumentos del equipo de desarrollo de NEID. “Cuando se conoce el tamaño y la masa, se obtienen dos parámetros fundamentales de estos exoplanetas”.

Actualmente, el método del tránsito es la principal forma en que los científicos descubren exoplanetas y miden sus tamaños relativos. Los científicos pueden detectar un exoplaneta buscando cambios periódicos en la luz de estrellas cercanas, que ocurren cuando un planeta en órbita cruza la cara sobre la estrella desde nuestro punto de vista.

El Telescopio Espacial Kepler de la NASA y el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) ya han identificado miles de exoplanetas utilizando el método de los tránsitos. NEID se basará en los datos de TESS, midiendo las velocidades radiales de los planetas descubiertos por el satélite.

Ilustración que muestra el método de velocidad radial para detectar exoplanetas.
Créditos: Goddard Space Flight Center de la NASA/Chris Smith.

Juntas, las medidas de tamaño y masa se pueden usar para determinar la densidad aparente de un planeta, lo que brinda a los científicos una idea de la composición general del planeta. Un planeta especialmente denso, por ejemplo, podría tener una composición rocosa. Los científicos utilizan esa información para determinar qué planetas son los más adecuados para un estudio adicional por parte del próximo telescopio espacial James Webb de la NASA.

El espectrómetro funciona con el telescopio WIYN, de 3,5 metros, en Kitt Peak y pertenece a una nueva clase de instrumentos de velocidad radial que pueden lograr una precisión aproximadamente tres veces mayor que las anteriores. El telescopio apuntará a una estrella, recogerá su luz y a través de fibra óptica, la llevará al espectrógrafo, que se encuentra en una sala limpia especialmente construida y aislada térmicamente en el piso inferior del observatorio.

“Un espectrógrafo, en su nivel más básico, divide la luz en varios colores, o lo que llamamos longitudes de onda”, dijo Sarah Logsdon, científica de instrumentos de NEID y científica asistente en NOIRLab de la National Science Foundation (NSF), un centro nacional para la astronomía terrestre con sede en Tucson, Arizona. “Eso es realmente útil para nosotros porque los átomos y moléculas individuales tienen una emisión o absorción diferente en longitudes de onda muy específicas. Con NEID, podemos medir cuánto se desplazan estas líneas de absorción y emisión cuando un planeta ejerce una fuerza sobre su estrella, en relación con su posición de reposo”. Según sea ese cambio, los astrónomos pueden determinar la masa del planeta en relación con la masa de su estrella.

Un posible reto para las observaciones de NEID es que las propias estrellas pueden cambiar. El plasma caliente emana desde su interior, se enfría y retrocede, mientras que toda la superficie se estremece con oscilaciones sísmicas. Los campos magnéticos globales y locales crean manchas estelares más oscuras y frías y otras características observables. Toda esta actividad hace que sea difícil diferenciar entre la actividad estelar y los efectos de los exoplanetas.

El Sol es una buena base para comprender mejor la actividad estelar. Además de recibir luz del telescopio WIYN, NEID también recibirá luz de un telescopio solar montado en el techo del observatorio. Con el tiempo, estos datos del Sol ayudarán a los científicos a identificar eventos similares en sus observaciones de estrellas más distantes. Después de ser procesados ​​para ayudar a los astrónomos a investigar el tema de la actividad estelar, todos los datos del telescopio solar se hacen públicos, y el primer conjunto de datos solares se publicó en junio de 2021.

“El Sol va marcando el camino”, dijo Suvrath Mahadevan, profesor de astronomía y astrofísica en la Universidad de Penn State e investigador principal de NEID. “Durante décadas, el icónico y ahora retirado telescopio McMath Pierce, en Kitt Peak, fue la principal instalación para estudiar el Sol. NEID es ahora el nexo que conecta la ciencia de los exoplanetas con las observaciones solares, el Sol con las estrellas y un puente que conecta la historia de Kitt Peak con su presente y su futuro”.

El equipo, anunció las primeras observaciones de NEID en enero de 2020. NEID observó 51 Pegasi, la primera estrella detectada, similar al Sol, que alberga un exoplaneta. NEID ahora está disponible para su uso por la comunidad científica a través de su programa de observación de invitados.

NEID está financiado por una colaboración entre la NASA y NSF llamada NN-EXPLORE (la colaboración de investigación observacional de exoplanetas NASA-NSF), que es administrada por JPL. La colaboración surgió de una recomendación en el 2010 Astronomy and Astrophysics Decadal Survey, que solicitaba un programa con ubicación terrestre, de velocidad radial. NEID es la abreviatura de NN-EXPLORE Exoplane Investigations with Doppler spectroscopy, pero el nombre también se basa en una palabra que se traduce aproximadamente como “ver” en el idioma de la nación Tohono O’odham, que incluye Kitt Peak.

“Este fue un tremendo esfuerzo de equipo y estoy realmente orgulloso de este instrumento y de lo que es capaz de observar”, dijo McElwain.

El equipo NEID está dirigido por Penn State con importantes colaboradores de la Universidad de Pensilvania, la Universidad de Arizona, el Goddard Space Flight Center de la NASA y el Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA en Caltech.

El espectrógrafo NEID se construyó en Penn State. El Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF (NOIRLab) fue responsable de las modificaciones al telescopio WIYN, de 3.5 metros, para ubicar a NEID. El diseño del adaptador del puerto del telescopio fue dirigido por NOIRLab y fue construido en la Universidad de Wisconsin. Los participantes adicionales de NEID incluyen Carleton College, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, la Universidad de California en Irvine, la Universidad de Colorado y la Universidad Macquarie.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.