NEID 분광계, 외계 행성 탐사의 길을 밝히다

NASA가 태양계 너머의 행성인 외계 행성을 발견하기 위한 탐구를 확장함에 따라 도구 상자도 확장됩니다. 여름 동안 NEID(NOO-id로 발음)라는 새로운 도구는 가장 가까이 있고 가장 많이 연구된 별인 우리 태양에 대한 첫 번째 데이터 배치를 제공했습니다.

새로운 세계를 찾고 특성화하는 데 도움이 되는 NEID 분광계는 애리조나의 Kitt Peak National Observatory에서 하늘을 관찰합니다. 2021년 6월에 본격적으로 외계행성을 찾기 시작했다. 그러나 NEID는 밤에 별에서 수집하는 것만큼 낮에도 태양으로부터 거의 많은 데이터를 수집할 것이다. 그 이유는 태양이 천문학자들에게 외계 행성의 별에서 일어나는 변화의 종류, 이러한 외계 행성의 탐지 및 거주 가능성에 영향을 미칠 수 있는 변화에 대한 가장 자세한 정보를 제공하기 때문입니다.

메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터 팀은 NEID의 설계, 개발 및 시운전을 지원했습니다. 이 장비는 행성의 중력 잡아당김으로 인한 별의 운동 변화인 반경 방향 속도를 측정합니다. 이 동작은 별의 빛을 약간 변경합니다. 방사형 속도는 천문학자들에게 호스트 별에 대한 상대적인 행성의 질량 측정값을 제공합니다.

NEID 개발 팀의 기기 과학자인 Michael McElwain은 "이 행성에 정말 중요한 것은 질량을 아는 것입니다."라고 말했습니다. "크기와 질량을 알면 이 외계행성에 대한 두 가지 기본 매개변수가 제공됩니다."

현재 통과 기술은 과학자들이 외계 행성을 발견하고 상대적 크기를 측정하는 주요 방법입니다. 과학자들은 우리의 관점에서 궤도를 도는 행성이 별의 면을 가로지를 때 발생하는 주변 별의 빛에서 주기적인 변화를 찾아 외계행성을 감지할 수 있습니다.

NASA의 케플러 우주 망원경과 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 이미 통과 기술을 사용하여 수천 개의 외계 행성을 식별했습니다. NEID는 TESS에서 발견된 행성의 반경 방향 속도를 측정하여 TESS 데이터를 기반으로 합니다.

이러한 크기와 질량 측정값을 함께 사용하여 행성의 부피 밀도를 결정할 수 있으며, 이를 통해 과학자들은 행성의 전체 구성에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 특히 밀도가 높은 행성은 암석 구성을 가질 수 있습니다. 과학자들은 이 정보를 사용하여 NASA의 James Webb 우주 망원경의 추가 연구에 가장 적합한 행성을 결정할 것입니다.

분광계는 Kitt Peak의 WIYN 3.5미터 망원경에서 작동하며 이전보다 약 3배 더 나은 정밀도를 얻을 수 있는 새로운 등급의 방사형 속도 기기에 속합니다. 망원경은 별을 가리켜 별의 빛을 수집하고 광섬유를 통해 별을 분광기로 전달합니다. 이 광섬유는 천문대 맨 아래층에 특별히 제작된 열적으로 격리된 청정실에 보관되어 있습니다.

NEID의 기기 과학자인 Sarah Logsdon은 "분광기는 가장 기본적인 수준에서 빛을 다양한 색상 또는 우리가 파장이라고 부르는 것으로 분할합니다. "개별 원자와 분자는 매우 특정한 파장에서 방출 또는 흡수가 다르기 때문에 이는 우리에게 정말 유용합니다. NEID를 사용하면 행성이 별을 잡아당길 때 이러한 흡수선과 방출선이 정지 위치에 비해 얼마나 이동하는지 측정할 수 있습니다.” 그 이동의 크기를 통해 천문학자들은 별의 질량에 대한 행성의 질량을 결정할 수 있습니다.

NEID의 관찰에 대한 한 가지 잠재적인 문제는 별 자체가 변할 수 있다는 것입니다. 뜨거운 플라스마가 내부에서 거품을 일으키고 식다가 다시 떨어지며 전체 표면이 지진 진동으로 떨립니다. 전역 및 국부 자기장은 더 어둡고 더 차가운 별점 및 기타 가시적인 특징을 만듭니다. 이 모든 활동으로 인해 항성 활동과 외계 행성의 영향을 구별하기가 어렵습니다.

그러나 태양은 항성 활동을 더 잘 이해하기 위한 기준선 역할을 합니다. NEID는 WIYN 망원경에서 빛을 받는 것 외에도 천문대 지붕에 장착된 태양 망원경에서도 빛을 받습니다. 시간이 지남에 따라 이 태양 데이터는 과학자들이 더 먼 별을 관찰할 때 유사한 사건을 식별하는 데 도움이 될 것입니다. 항성 활동 문제를 연구하는 천문학자를 돕기 위해 처리된 후 태양 망원경의 모든 데이터가 공개됩니다.

펜실베니아 주립대학교 천문학 및 천체물리학 교수이자 NEID의 수석 연구원인 수브라스 마하데반은 “태양이 길을 가리키고 있다”고 말했다. “수십 년 동안 Kitt Peak의 상징적인 McMath Pierce 망원경은 태양 연구를 위한 최고의 시설이었습니다. NEID는 이제 외계행성 과학을 태양 관측과 연결하는 다리, 태양과 별을 연결하는 다리, Kitt Peak의 역사를 현재 및 미래에 연결하는 다리입니다.”

팀은 2020년 1월 NEID의 첫 번째 빛 관측을 발표했습니다. NEID는 외행성을 호스트하는 것으로 발견된 최초의 태양과 같은 별인 51 Pegasi를 관찰했습니다. NEID는 이제 게스트 관찰 프로그램을 통해 과학 커뮤니티에서 사용할 수 있습니다.