Spektrometer NEID Menyala Jalur Eksplorasi Exoplanet

Saat NASA memperluas pencariannya untuk menemukan exoplanet — planet di luar tata surya kita — ia juga mengembangkan kotak peralatannya. Selama musim panas, alat baru yang disebut NEID (diucapkan NOO-id) mengirimkan kumpulan data pertamanya tentang bintang terdekat dan yang paling banyak dipelajari, Matahari kita.

Spektrometer NEID, yang akan membantu menemukan dan mengkarakterisasi dunia baru, mengamati langit dari Observatorium Nasional Kitt Peak di Arizona. Ini memulai pencarian exoplanet dengan sungguh-sungguh pada Juni 2021. Namun, NEID akan mengumpulkan hampir sebanyak data dari Matahari di siang hari seperti halnya dari bintang-bintang di malam hari. Itu karena Matahari memberi para astronom pandangan paling mendetail tentang jenis perubahan yang terjadi pada bintang induk planet ekstrasurya, perubahan yang dapat memengaruhi deteksi dan kelayakhunian dunia asing ini.

Sebuah tim di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, MD mendukung desain, pengembangan, dan commissioning NEID. Instrumen mengukur kecepatan radial:pergeseran gerakan bintang yang disebabkan oleh tarikan gravitasi planet-planetnya. Gerakan ini sedikit mengubah cahaya bintang. Kecepatan radial memberi astronom pengukuran massa planet relatif terhadap bintang induknya.

“Yang benar-benar penting untuk planet-planet ini adalah mengetahui massa mereka,” kata Michael McElwain, ilmuwan instrumen untuk tim pengembangan NEID. “Ketika Anda mengetahui ukuran dan massanya, itu memberikan dua parameter mendasar untuk planet ekstrasurya ini.”

Saat ini, teknik transit adalah cara utama para ilmuwan menemukan planet ekstrasurya dan mengukur ukuran relatifnya. Para ilmuwan dapat mendeteksi sebuah planet ekstrasurya dengan mencari perubahan periodik dalam cahaya bintang terdekat, yang terjadi saat planet yang mengorbit melintasi wajah bintang dari sudut pandang kita.

Teleskop Luar Angkasa Kepler NASA dan Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) telah mengidentifikasi ribuan exoplanet menggunakan teknik transit. NEID akan membangun data TESS dengan mengukur kecepatan radial planet yang ditemukan TESS.

Bersama-sama, ukuran dan pengukuran massa ini dapat digunakan untuk menentukan kerapatan massal planet, yang memberi para ilmuwan wawasan tentang susunan keseluruhan planet. Sebuah planet yang sangat padat, misalnya, dapat memiliki komposisi berbatu. Para ilmuwan akan menggunakan informasi itu untuk menentukan planet mana yang paling cocok untuk studi tambahan oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA.

Spektrometer beroperasi pada teleskop WIYN 3,5 meter di Kitt Peak, dan termasuk dalam kelas baru instrumen kecepatan radial yang dapat mencapai presisi sekitar tiga kali lebih baik dari sebelumnya. Teleskop akan mengarahkan ke sebuah bintang, mengumpulkan cahayanya dan memasukkannya melalui serat optik yang membawanya ke dalam spektrograf, yang ditempatkan di ruang bersih yang terisolasi secara termal dan dibangun secara khusus di lantai bawah observatorium.

“Sebuah spektrograf, pada tingkat yang paling dasar, membagi cahaya menjadi berbagai warna, atau apa yang kita sebut panjang gelombang,” kata Sarah Logsdon, ilmuwan instrumen untuk NEID. “Itu sangat berguna bagi kami karena atom dan molekul individu memiliki emisi atau penyerapan yang berbeda pada panjang gelombang yang sangat spesifik. Dengan NEID, kami dapat mengukur seberapa banyak garis penyerapan dan emisi ini bergeser relatif terhadap posisi diamnya saat sebuah planet menarik bintangnya.” Ukuran pergeseran itu memungkinkan para astronom untuk menentukan massa planet relatif terhadap massa bintangnya.

Salah satu tantangan potensial untuk pengamatan NEID adalah bahwa bintang itu sendiri dapat berubah. Plasma panas menggelembung dari bagian dalamnya, mendingin, dan jatuh kembali, sementara seluruh permukaan bergetar dengan osilasi seismik. Medan magnet global dan lokal menciptakan bintik bintang yang lebih gelap dan lebih dingin serta fitur lain yang terlihat. Semua aktivitas ini membuat sulit untuk membedakan antara aktivitas bintang dan efek dari planet ekstrasurya.

Namun, Matahari berfungsi sebagai dasar untuk lebih memahami aktivitas bintang. Selain mengambil cahaya dari teleskop WIYN, NEID juga akan menerima cahaya dari teleskop surya yang dipasang di atap observatorium. Seiring waktu, data matahari ini akan membantu para ilmuwan mengidentifikasi peristiwa serupa dalam pengamatan mereka terhadap bintang yang lebih jauh. Setelah diproses untuk membantu para astronom meneliti masalah aktivitas bintang, semua data dari teleskop surya dipublikasikan.

“Matahari menunjukkan jalannya,” kata Suvrath Mahadevan, seorang profesor astronomi dan astrofisika di Penn State University dan peneliti utama NEID. “Selama beberapa dekade, teleskop McMath Pierce yang ikonik dan sekarang dinonaktifkan di Kitt Peak adalah fasilitas utama untuk mempelajari Matahari. NEID sekarang menjadi jembatan yang menghubungkan sains planet ekstrasurya dengan pengamatan matahari, Matahari dengan bintang-bintang, dan jembatan yang menghubungkan sejarah Kitt Peak dengan masa kini dan masa depannya.”

Tim mengumumkan pengamatan cahaya pertama NEID pada Januari 2020. NEID mengamati 51 Pegasi, bintang mirip Matahari pertama yang ditemukan menjadi tuan rumah sebuah planet ekstrasurya. NEID sekarang tersedia untuk digunakan oleh komunitas ilmiah melalui program pengamatan tamunya.