Det nya NEID-instrumentet, nu installerat vid 3,5-meters WIYN-teleskopet vid Kitt Peak National Observatory i södra Arizona, USA, har gjort sina första observationer. Det NSF-NASA-finansierade instrumentet är utformat för att mäta rörelsen hos närliggande stjärnor med extrem precision - ungefär tre gånger bättre än den tidigare generationen av toppmoderna instrument - vilket gör att vi kan upptäcka, bestämma massan av, och karakterisera exoplaneter så små som jorden.

Uppflugen på toppen av Tohono O'odham Nations land i Arizona-Sonoran-öknen, exoplanetjaktspektrograf NEID är nu på väg att upptäcka exoplaneter med jordmassa. Det nya instrumentet, en radiell hastighetsspektrometer med extrem precision, samlar stjärnljus på 3,5-meters WIYN-teleskopet vid Kitt Peak National Observatory (KPNO), ett program från NSF:s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NSF:s OIR Lab).

Tillkännagivandet av första ljuset gjordes vid en presskonferens som hölls idag vid det 235:e mötet i American Astronomical Society.

NEID upptäcker exoplaneter genom att mäta den subtila effekten dessa planeter har på sina moderstjärnor. Planeter drar gravitationsmässigt i stjärnan de kretsar kring, producerar en liten "wobble" - en periodisk förskjutning i stjärnans hastighet. Detta händer i vårt eget solsystem – Jupiter får solen att röra sig i ungefär 47 km/tim (cirka 29 miles per timme:snabbare än rekordsprinten Usain Bolt!), medan jorden orsakar en lugn rörelse med en hastighet på endast 0,3 km/timme (cirka 0,2 miles per timme). Storleken på vinklingen är proportionell mot en kretsande planets massa, vilket innebär att NEID-mätningar kan användas för att bestämma massorna av exoplaneter. Nuvarande instrument kan mäta hastigheter så låga som 3,5 km/timme (drygt 2 miles per timme:en långsam gångtakt), men NEID byggdes för att upptäcka ännu lägre hastigheter – potentiellt för att avslöja exoplaneter med jordmassa.

"Under det senaste decenniet har det senaste decenniet varit ungefär 3,5 km/timme, " förklarar Jason Wright, NEID Project Scientist vid Penn State University. "NEID förväntas nå 1 km/timme, pressa kuvertet till högre precision."

Redan en imponerande exoplanet-jaktmaskin, NEID blir ännu mer kraftfull i samarbete med rymdobservatorier, såsom Transiting Exoplanet Survey Satellite.

"När vi kombinerar framtida NEID-observationer med data från rymdfarkoster, saker kommer verkligen bli intressanta, och vi kommer att kunna lära oss vad planeter är gjorda av, " fortsätter Wright. "Vi kommer att känna till planetens densitet, vilket är en ledtråd för att förstå hur mycket av en atmosfär planeten har; är det gasformigt som Saturnus, en isjätte som Neptunus, stenig som jorden, eller något däremellan - en superjord eller sub-Neptunus?"

För att tillåta NEID att göra dessa mätningar krävs extrem precision – och ett lika extremt instrument. Stjärnljus som samlas in av WIYN-teleskopet matas av en optisk fiber till ett specialbyggt termiskt hölje som omsluter NEID-instrumentet. För att säkerställa att NEID-mätningar förblir stabila under instrumentets femåriga livslängd, dess optik hålls vid en fast temperatur som är stabil inom en tusendels grad.

NEID:s första ljusobservationer riktade sig mot stjärnan 51 Pegasi, den första solliknande stjärnan som hittades, 1995, att vara värd för en exoplanet. "Första ljuset är en viktig milstolpe i ett instruments utveckling, ", sa Wright. "Det är den första verifieringen att NEID mäter stjärnljus som förväntat och är på väg mot full funktionalitet."

NEID:s kapacitet är särskilt imponerande med tanke på hur snabbt instrumentet gick från ritbordet till första ljuset. "Den korta utvecklingstiden för NEID är anmärkningsvärd, " förklarar Jayadev Rajagopal från NSF:s OIR Lab, WIYN-teleskopforskaren och operationschefen. "NEID-teamet har levererat ett nästa generations instrument på bara 3 år och 9 månader."

Medan NEID är designat för att studera exoplaneter, den måste kämpa med den småskaliga rörelsen av det kärrande plasmat vid stjärnornas ytor som skapar signaler som kan maskera eller till och med efterlikna planetariska signaler – en utmaning som upphetsar stjärnastrofysiker. NEID:s vetenskapliga produktion kommer att öka ytterligare genom att göra instrumentet allmänt tillgängligt för astronomer, i motsats till andra precisions-radialhastighetsspektrometrar.

"En av de unika aspekterna av NEID är att den är tillgänglig för användning av alla astronomer, i linje med uppdraget för NSF:s OIR Lab, " förklarar Sarah Logsdon, NEID Instrument Scientist vid NSF:s OIR Lab. Med en bredare pool av astronomer som använder NEID för att prova ett brett utbud av idéer, teamet förväntar sig att deras spektrograf kan visa sig vara en av de mest vetenskapligt produktiva.

Suvrath Mahadevan, Professor i astronomi och astrofysik vid Penn State och huvudutredare för NEID utvecklar:"NEID-projektet erbjuder möjligheten att arbeta med ett talangfullt och dynamiskt team, att utbilda nästa generations experimentalister, och att utveckla en upptäcktsmaskin som alla astronomer kan ansöka om att använda, oavsett nationalitet, institution eller rang."

Exoplaneter som upptäckts med NEID kommer att hjälpa till att identifiera mål för uppföljande observationer med kommande anläggningar som NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope, som kommer att kunna upptäcka och karakterisera atmosfären hos transiterande exoplaneter. Detta gör NEID till en viktig del av det pågående sökandet efter andra jordar, och tar oss ett steg närmare att avgöra om det verkligen finns jordliknande planeter någon annanstans i Vintergatan.