Med ett nytt teleskop beläget på en naturskön platå på Teneriffa, Spanien, MIT planetariska forskare har nu ett extra sätt att söka efter exoplaneter i jordstorlek. Artemis, det första markbaserade teleskopet i SPECULOOS Northern Observatory (SNO), ansluter sig till ett nätverk av 1-meters-klassade robotteleskop som en del av SPECULOOS-projektet (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars), som leds av Michael Gillon vid universitetet i Liège i Belgien och genomförs i samarbete med MIT och flera andra institutioner och finansiella supportrar. Artemis är den senaste produkten av ett samarbete med MIT:s Department of Earth, Atmosfärs- och planetvetenskap (EAPS). De andra nätverksteleskopen som utgör SPECULOOS Southern Observatory — som heter Io, Europa, Ganymedes, och Callisto efter Jupiters fyra galileiska månar – är igång vid Paranal-observatoriet i Chile, upptagen med att skanna himlen efter exoplaneter på södra halvklotet.

Tillsammans, dessa SPECULOOS-teleskop kommer att leta efter jordiska planeter som cirkulerar mycket svagt, närliggande stjärnor, kallade ultracoola dvärgar, och det nya Artemis-teleskopet kommer att tillåta forskargruppen att utöka sökningen till himlen på norra halvklotet. Artemis avtäcktes idag vid ett invigningsevenemang där forskare och dignitärer från MIT deltog, universitetet i Liège, och Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) på Teneriffa. Artemis finansierades av MIT-givarna Peter A. Gilman, Heising-Simons Foundation, och Colin och Leslie Masson, med ytterligare stöd från ministeriet för högre utbildning i Federation Wallonie-Bruxelles, och Balzan Foundation.

Innan SPECULOOS-teleskopen skapades, forskare hade redan etablerat proof of concept för denna teknik med ett projekt med en liten, markbaserat teleskop beläget i La Silla, Chile, känd som TRAPPIST (TRansiting Planets and PlanetesImals Small Telescope). Med TRAPPIST-teleskopet, forskare tittade på ett begränsat urval av 50 målstjärnor och upptäckte TRAPPIST-1-systemet, som består av sju terrestra planeter som kretsar kring sin kyla, ultradvärgstjärna. Hittills, dessa är de enda kända planeterna som finns i närheten, Jordstorlek, tempererad, och mottaglig för framtida atmosfärisk karaktärisering, skiljer dem från tidigare exoplanetfynd. SPECULOOS-gruppen bygger på detta tidigare projekt med sitt nya teleskopnätverk för att skanna mer av himlen efter liknande exoplaneter i jordstorlek, och leverera fler mål som kan bedömas för beboelighet och potentiellt tecken på liv i framtiden.

Julien de Wit är biträdande professor i EAPS, SPECULOOS samarbetspartner, Artemis chefsutredare, och SNO:s huvudutredare tillsammans med Gillon. Som postdoc i gruppen av MIT-professor Sara Seager, han arbetade med Gillon och TRAPPIST-teamet för att identifiera och karakterisera TRAPPIST-1-systemet. Senare ledde han utbyggnaden av SPECULOOS-satsningen på norra halvklotet. EAPS pratade nyligen med de Wit om Artemis kapacitet och vad vi kan förvänta oss att hitta med SPECULOOS-projektet.

F:Berätta om det nya Artemis-teleskopet. Varför är det särskilt spännande?

S:Det första teleskopet i SPECULOOS Northern Observatory heter Artemis, byggd och ägd av MIT, efter den grekiska jaktgudinnan, vildmarken, månen, vilket verkade lämpligt när vi letar efter planeter och tecken på liv.

Artemis ligger på den spanska kanarieön Teneriffa cirka 150 mil utanför Marockos kust. SNO är byggd inom Teide-observatoriet, som är ett astronomiskt observatorium vid vulkanen Teide, 2, 400 meter över havet och drivs av Insituto de Astrofisica de Canarias. Platsen, som är värd för ett av de första stora internationella observatorierna, ståtar med utmärkta astronomiska förhållanden för visning.

När det gäller själva teleskopet, den är cirka 4 meter hög, med en optisk kvalitet på mindre än 0,8 bågsekunder och ett synfält, 12 bågmin med 12 bågmin. Artemis, som byggdes av det tyska företaget ASTELCO, har ett robotfäste, och dess detektorer är mycket känsliga för de nära-infraröda våglängderna som vi finner härrörande från dessa ultracoola dvärgstjärnor. Vi kommer att fjärrstyra den från MIT eller andra samarbetande institut.

Med TRAPPIST, vi demonstrerade ett proof of concept – som bekräftar att ultracoola dvärgstjärnor har kapaciteten att vara värd för planeter – och undersöker atmosfären hos dessa TRAPPIST-1-planeter med rymdteleskopet Hubble. Hittills, det finns inga andra tempererade planeter i jordstorlek som skulle vara så utsökta mål för atmosfäriska studier. Detta motiverade en fullständig skalning med SPECULOOS-projektet.

Teleskop som detta ger två viktiga observationsfördelar. Ett, på grund av liknande förhållande mellan planet och stjärna area, signalen vi kommer att få från en planet i jordstorlek som passerar en ultrasval dvärgstjärna kommer att likna en planet i Jupiterstorlek som korsar sig framför en solliknande stjärna. Två, i närheten av deras beboeliga zon, på grund av deras ringa storlek och temperatur, betyder att beboeliga planeter kommer att ha små transitperioder, liknande gasjättar, som är i nära omloppsbana runt stjärnor av soltyp. Detta innebär att varje stjärna kommer att kräva mindre övervakningstid, och att kollektivtrafiksökningen är inriktad på ungefär 1, 200 närmaste ultracoola stjärnor kan göras på cirka 10 år med fyra teleskop som skannar varje halvklot.

F:Vad är målet med Artemis, och hur många exoplaneter uppskattar du kan utvärderas av MIT:s nya SPECULOOS Northern Observatory?

A:Varje natt, vi kommer att samla in bilder på en specifik del av himlen, fokuserat på våra målstjärnor för att söka efter ett ljusstyrkefall som är karakteristiskt för en planettransit.

Målet med Artemis-teleskopet är att titta på de ungefär 800 närmaste ultracoola dvärgstjärnorna som finns på den nordliga himlen (och en bit av den södra himlen) för att hitta planeter i jordstorlek som kan ha ett tempererat klimat och vara mottagliga för ytterligare djupgående karaktärisering med nästa generations observatorier, som James Webb Space Telescope (JWST) och Extremely Large Telescopes. Dessa kommer att kunna berätta mer om sin atmosfär, klimat, och vilka molekyler som kan finnas på dem. Vi förväntar oss med tillförsikt att identifiera cirka 15 tempererade planeter med SPECULOOS-nätverket, och gör det på en relevant tidslinje, vilket gör det möjligt att studera deras atmosfärer med JWST, som förväntas lanseras 2021 och pågå i 10 år.

Dessutom, vi kommer att utöka Artemis arbetsområde. Vi planerar att göra en uppföljning av några av de svåraste planetkandidaterna (jordiska planeter runt små M-dvärgar) identifierade av det MIT-ledda TESS [Transiting Exoplanet Survey Satellite] NASA-uppdraget, eftersom Artemis har 100 gånger större visningsytor. Vi kommer också att kunna studera asteroider, kometer, och andra föremål, såsom observationer av Quaoar-ockultationen, med andra forskare vid MIT och utanför institutet.

F:Du nämnde att Artemis är det första teleskopet för SPECULOOS Northern Observatory. Betyder det att fler teleskop kan läggas till i SPECULOOS-nätverket i framtiden?

A:Ja, vi hoppas kunna bygga ut SPECULOOS Northern Observatory och lägga till teleskop för att följa med Artemis. I själva verket vi har redan byggt en extra plattform redo att vara värd för en tvilling till Artemis, så snart vi har hittat ytterligare finansiering. Vårt avtal med Teide-observatoriet reserverar utrymme för att rymma upp till tre ytterligare teleskop. Genom att göra det kommer vi att noggrant kunna studera alla de närmaste ultracoola dvärgstjärnorna och slutföra undersökningen på norra halvklotet i tid för att utföra den atmosfäriska karakteriseringen av deras transiterande planeter med JWST.

Med SPECULOOS, vi gör vårt bästa för att möjliggöra identifiering av livsmiljöer bortom jorden inom det kommande decenniet. Vårt team ser fram emot att dela "första ljuset" med våra givare och allmänheten, och det är ett privilegium för MIT att arbeta med våra internationella partners i denna spännande satsning.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.