En topp en vilande vulkan på Hawaii, ett extremt känsligt instrument – ​​utformat för att hjälpa forskare att hitta avlägsna världar – är utspridda över golvet i hundratals bitar.

"Föreställ dig att försöka sätta ihop ett av dessa enorma LEGO-set, förutom att det inte finns någon instruktionsbok; du har gjort det en gång förut, men då var man tvungen att ta isär allt och lägga det i små påsar, sa Jacob Bean, docent i astronomi och astrofysik vid University of Chicago. "Du är också vid 14, 000 fot, och när luften är så tunn försämrar det ditt omdöme och ditt tänkande, och så här jobbar du 12-timmarsskift med att lyfta tunga saker men också försöka sätta ihop ett känsligt instrument."

Detta var Beans uppgift som chef för ett UChicago-projekt för att bygga och installera ett innovativt instrument som kommer att skanna himlen efter nya exoplaneter – världar i andra solsystem som potentiellt kan vara värd för liv. Under de senaste åtta åren, Bean och hans team hade designat och byggt instrumentet, kallas MAROON-X; i somras fäste de den äntligen till ett teleskop vid Gemini Observatory på toppen av Mauna Kea, Hawaii.

"Det har varit ganska intensiva sex månader för mitt team att ta i bruk det här instrumentet, sa Bean, en expert på avlägsna världar vars forskning fokuserar på att upptäcka och undersöka potentiellt beboeliga planeter i andra solsystem. "Men under de kommande 10 åren kommer vi att lära oss saker om beboeliga världar som vi aldrig hade känt förut. Det kommer att bli riktigt transformerande."

För flera decennier sedan, Framsteg inom teknik gjorde det möjligt för forskare att börja upptäcka de mycket svaga signaturerna från planeter som kretsar kring andra stjärnor i avlägsna solsystem. Det har skett en explosion av upptäckter; för närvarande, NASA listar 4, 000 bekräftade exoplaneter och tusentals fler kandidater.

Dock, vi har fortfarande inga bekräftade jordliknande exoplaneter med beboeliga ytförhållanden. Det där med jordliknande planeter, det är därför det tar så lång tid att kunna hitta och karakterisera dem, är att de är extremt svåra att se. Eftersom dessa planeter cirklar runt en stjärna som är minst en miljon gånger ljusare än de är, att försöka leta direkt efter dem är som att försöka se en blixtkryp bredvid en fyr som ligger på andra sidan landet. Så forskare måste hitta indirekta sätt att hitta dem baserat på effekterna de har på sina stjärnor.

MAROON-X gör detta genom att lägga märke till den extremt lilla gravitationsdragare som en exoplanet (eller två, eller fem, eller sju) utövar på sin stjärna när den kretsar runt den. Denna ryckning får stjärnan att vingla bara den minsta biten i sin bana. Men det är tillräckligt med rörelse för att fånga det.

Fäst till Gemini North-teleskopet, MAROON-X tar allt ljus som samlas in av det 25 fot långa teleskopet och fokuserar ner det till en plats som är lika bred som ett människohår. Sedan separerar den ut ljuset i regnbågens olika färger och läser av intensiteten för varje band. Färgen på ljuset kommer att ändras något när stjärnan rör sig framåt eller bakåt. "Det är ungefär som en radarpistol för stjärnor, " sa Bean.

Genom att fånga denna vingling, forskare kan beräkna massan av den dolda planeten (eller planeterna) som drar på stjärnan.

Den precision som behövs för detta, självklart, är fantastisk. "När ljuset träffar vår detektor, den förändringen är bortom omärklig för det mänskliga ögat. Det är en tusendels pixel. Det närmar sig storleken på kiselatomerna i detektorn, " sa Bean. "Det här är en stjärna som är svag även för stora teleskop. Och vi kan se om den rör sig mot eller bort från oss i en hastighet som är jämförbar med mänsklig gånghastighet – det vill säga, några fot per sekund."

"De förändringar som vi letar efter är så små att varje kväll innan vi observerar, vi måste kalibrera om instrumentet, " sa forskaren Andreas Seifahrt, som byggde MAROON-X med Bean.

"Det har verkligen varit ett kärleksarbete"

Bean och Seifahrt tillbringade nästan ett decennium med att designa och bygga MAROON-X; det är så exakt att miljön måste kontrolleras utsökt. "Även en liten förändring i temperatur eller lufttryck kommer att försvinna avläsningarna, så den är byggd som en rysk docka – den är inuti en vakuumkammare som i sig är isolerad och inuti ett ingångskylskåp som håller temperaturen stabil till en tusendels grad, " sa Bean.

När de väl var nöjda med instrumentets prestanda, sedan kom det mödosamma – och skrämmande – arbetet med att transportera den från Chicago till Hawaii. "Att spendera åtta år på det här instrumentet och sedan se från lastkajen när lastbilen kör iväg med den och du kommer inte att se den förrän två veckor senare på toppen av ett berg över havet - det är ganska nervkittlande, " sa Seifahrt.

Men lådorna med utrustningen tog sig säkert till Hawaii, där Bean, Seifart, och postdoktorerna Julian Stürmer och David Kasper fick sitt LEGO-set monterat. Den 23 september, MAROON-X tog sina officiella första ljusavläsningar.

Instrumentet kommer att fungera tillsammans med NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) för att få en fullständig bild av kandidatexoplaneter. TESS letar efter dämpningen av ljuset när en planet korsar framför en stjärna, så att forskare kan hitta hur stor den är. Genom att kombinera det med MAROON-X:s massdata, du kan beräkna en exoplanets densitet – vilket talar om för dig om du tittar på en stenig planet, som jorden, eller en gasformig, som Jupiter.

MAROON-X kommer också att kunna upptäcka signaturer från planetens atmosfär, såsom dess sammansättning och tjocklek.

"Långsiktigt, vi hoppas kunna leta efter biosignaturer – saker som bara skulle existera om livet satte dem där, " sa Bean. "Till exempel, i jordens atmosfär, vi har bara syre eftersom det sattes dit av växter. Det är ett pussel med många olika bitar."

När de samlar in ny data, Bean förväntar sig att arbeta med UChicago-kollegor inklusive planetariska kompositionsexperter Leslie Rogers, Dorian Abbott och Edwin Kite, och crack exoplanet jägare Daniel Fabrycky, att förvandla avläsningarna till förutsägelser om de avlägsna exoplaneterna. Snart, för, NASA:s rymdteleskop James Webb kommer att lanseras som efterträdare till Hubble, ger ännu fler bildåtergivningsmöjligheter att påverka frågan.

Förutom Bean, Seifart, Stürmer, och Kasper, flera generationer av UChicago-studenter, doktorander och postdoktorer arbetade med MAROON-X. "Det har verkligen varit ett kärleksarbete för mitt team, " sa Bean, "och nu är det äntligen på riktigt. Det är en väldigt spännande tid."

Seifahrt höll med:"Att klara det här med ett så litet team och en begränsad budget är verkligen en prestation. När jag ser tillbaka, det var en ganska galen sak att göra - men vi tror att det verkligen kommer att bli ett banbrytande instrument."