Espectrômetro NEID ilumina o caminho para a exploração de exoplanetas

À medida que a NASA expande sua busca para descobrir exoplanetas – planetas além do nosso sistema solar – também aumenta sua caixa de ferramentas. Durante o verão, uma nova ferramenta chamada NEID (pronuncia-se NOO-id) entregou seu primeiro lote de dados sobre a estrela mais próxima e melhor estudada, nosso Sol.

O espectrômetro NEID, que ajudará a localizar e caracterizar novos mundos, observa o céu do Observatório Nacional Kitt Peak, no Arizona. Ele começou sua busca por exoplanetas a sério em junho de 2021. No entanto, o NEID coletará quase tantos dados do Sol durante o dia quanto das estrelas à noite. Isso porque o Sol fornece aos astrônomos uma visão mais detalhada dos tipos de mudanças que ocorrem nas estrelas hospedeiras dos exoplanetas, mudanças que podem afetar a detecção e a habitabilidade desses mundos alienígenas.

Uma equipe do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, MD, apoiou o projeto, desenvolvimento e comissionamento da NEID. O instrumento mede a velocidade radial:a mudança no movimento de uma estrela causada pelo puxão gravitacional de seus planetas. Este movimento altera ligeiramente a luz da estrela. As velocidades radiais fornecem aos astrônomos uma medida da massa de um planeta em relação à sua estrela hospedeira.

“O que é realmente crítico para esses planetas é conhecer suas massas”, disse Michael McElwain, cientista de instrumentos da equipe de desenvolvimento do NEID. “Quando você conhece o tamanho e a massa, isso fornece dois parâmetros fundamentais para esses exoplanetas.”

Atualmente, a técnica de trânsito é a principal forma de os cientistas descobrirem exoplanetas e medirem seus tamanhos relativos. Os cientistas podem detectar um exoplaneta procurando mudanças periódicas na luz de estrelas próximas, que ocorrem quando um planeta em órbita cruza a face da estrela do nosso ponto de vista.

O Telescópio Espacial Kepler da NASA e o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) já identificaram milhares de exoplanetas usando a técnica de trânsito. O NEID se baseará nos dados do TESS medindo as velocidades radiais dos planetas descobertos pelo TESS.

Juntas, essas medidas de tamanho e massa podem ser usadas para determinar a densidade aparente de um planeta, o que dá aos cientistas uma visão da composição geral do planeta. Um planeta especialmente denso, por exemplo, pode ter uma composição rochosa. Os cientistas usarão essas informações para determinar quais planetas são mais adequados para estudos adicionais pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA.

O espectrômetro opera no telescópio WIYN de 3,5 metros em Kitt Peak e pertence a uma nova classe de instrumentos de velocidade radial que podem atingir precisão cerca de três vezes melhor do que nunca. O telescópio apontará para uma estrela, coletando sua luz e alimentando-a através de uma fibra óptica que a transporta para o espectrógrafo, que está alojado em uma sala limpa termicamente isolada no piso inferior do observatório.

“Um espectrógrafo, em seu nível mais básico, divide a luz em suas várias cores, ou o que chamamos de comprimentos de onda”, disse Sarah Logsdon, cientista de instrumentos do NEID. “Isso é realmente útil para nós porque átomos e moléculas individuais têm emissão ou absorção diferente em comprimentos de onda muito específicos. Com o NEID, podemos medir o quanto essas linhas de absorção e emissão mudam em relação à sua posição de repouso à medida que um planeta puxa sua estrela.” O tamanho dessa mudança permite que os astrônomos determinem a massa do planeta em relação à massa de sua estrela.

Um desafio potencial para as observações do NEID é que as próprias estrelas podem mudar. O plasma quente borbulha de seus interiores, esfria e cai de volta, enquanto toda a superfície treme com oscilações sísmicas. Campos magnéticos globais e locais criam manchas estelares mais escuras e frias e outras características visíveis. Toda essa atividade dificulta a diferenciação entre a atividade estelar e os efeitos dos exoplanetas.

No entanto, o Sol serve como linha de base para entender melhor a atividade estelar. Além de receber luz do telescópio WIYN, o NEID também receberá luz de um telescópio solar montado no telhado do observatório. Com o tempo, esses dados solares ajudarão os cientistas a identificar eventos semelhantes em suas observações de estrelas mais distantes. Depois de serem processados ​​para ajudar os astrônomos a pesquisar a questão da atividade estelar, todos os dados do telescópio solar são tornados públicos.

“O Sol aponta o caminho”, disse Suvrath Mahadevan, professor de astronomia e astrofísica da Penn State University e principal investigador do NEID. “Durante décadas, o icônico e agora desativado telescópio McMath Pierce em Kitt Peak foi a principal instalação para estudar o Sol. A NEID é agora a ponte que liga a ciência dos exoplanetas às observações solares, o Sol às estrelas e uma ponte que liga a história de Kitt Peak ao seu presente e futuro.”

A equipe anunciou as primeiras observações da NEID em janeiro de 2020. A NEID observou 51 Pegasi, a primeira estrela semelhante ao Sol encontrada para hospedar um exoplaneta. O NEID está agora disponível para uso da comunidade científica através do seu programa de observação de convidados.