På den högsta punkten av Quinlan-bergen, med utsikt över Sonoranöknen när den sträcker sig över södra Arizona, NEID (uttalas som "fluid") samlade nyligen sina första observationer, känd i vardagsspråk av astronomer som "första ljuset, " vid Kitt Peak National Observatory.

Installerad vid 3,5 meter Wisconsin-Indiana-Yale-NOAO (WIYN) teleskop, NEID kan mäta förändringar i närliggande stjärnors rörelse med hög precision. Detta toppmoderna instrument, som tar sitt namn från Tohono O'odham-ordet som betyder "att se, " är nu på jakt efter exoplaneter, de som kretsar runt stjärnor utanför solsystemet, och kommer att kunna upptäcka, mäta, och karakterisera nya planeter mer exakt än någonsin tidigare.

Ett sätt som astronomer kan hitta nya exoplaneter är genom att använda "wobble"-metoden. Två objekt i omloppsbana, som jorden och solen, röra sig runt ett gemensamt masscentrum. Astronomer kan leta efter denna periodiska förändring i en stjärnas hastighet när den rör sig som ett sätt att ta reda på om stjärnan har några planeter som kretsar runt sig.

Den primära utmaningen med att bygga NEID, som har flera gånger mer precision än något befintligt instrument i sin klass, involverade förfining och optimering av dess många komponenter. Att göra detta, astronomen Cullen Blake samarbetade med forskare vid Penn State och lämnade in ett förslag till NASA och National Science Foundation för att designa och bygga NEID.

Temperaturkontroll på en aggressiv tidslinje

Som en av NEID:s instrumentforskare, Blake säger att ett av de stora testerna de stod inför var att skapa ett instrument med mycket fina nivåer av temperaturkontroll. De optiska enheterna inuti NEID, ett stort metallkärl ungefär lika stort som en bil, måste hållas vid en konstant temperatur på 300 Kelvin (cirka 80 F eller 26 C) och stabil inom en tusendels grad. "Om temperaturen inuti instrumentet ändras, det kommer att maskera sig som signalen du letar efter, " förklarar Blake. "Du måste verkligen kontrollera det."

Efter att ha skaffat den största kommersiellt tillgängliga Charge Coupled Device, den digitala detektorn som registrerar en avlägsen stjärnas ljus, Penn-forskare i Blakes labb, inklusive tidigare postdoktorer Dan Li och Sam Halverson och Ph.D. student Mark Giovinazzi, designade och byggde fästet som inrymmer detektorn för att få optimal temperaturkontroll. Efter att ha monterat enheten och monterat med hjälp av renrumsfaciliteter på Singh Centers Quattrone Nanofabrication Facility, forskarna genomförde ett års tester för att säkerställa att detektorn presterade upp till specifikationerna innan de tog den till State College och monterade detektorn till NEID. Det togs sedan till Kitt Observatory för installation.

NEID:s första ljusobservationer riktade sig mot stjärnan 51 Pegasi, den första solliknande stjärnan som 1995 visade sig vara värd för en exoplanet. Detta markerar en viktig första milstolpe för instrumentet och är "den första verifieringen av att NEID mäter stjärnljus som förväntat och är på väg mot full funktionalitet, " säger Jason Wright, NEID-projektforskare vid Penn State University.

Från första design till installation, NEID var färdigt på fyra år, en kort tid för att integrera de många olika komponenterna i vad som vanligtvis är en decennielång strävan. Anledningen till det aggressiva schemat var NASA:s Transitioning Exoplanet Survey Satellite (TESS), ett rymdbaserat uppdrag som också är på jakt efter exoplaneter. TESS släppte nyligen nya listor över kandidatexoplaneter som kan observeras från norra halvklotet, som forskare nu kan dra nytta av och studera vidare med hjälp av NEID.

Exoplaneter vid horisonten

Astronomigemenskapen var glada över att först lära sig om NEID:s första ljus vid det 235:e mötet i American Astronomical Society förra veckan. Medan instrumentteknikerna och operatörerna fortfarande utarbetar NEID:s kinks, Blake säger att de gör regelbundna observationer och är övertygad om att NEID kommer att vara fullt operativ inom de närmaste månaderna. Blake tillägger också att att ha heltidsanställd personal på plats kommer att innebära mindre tid som krävs av forskare för att göra observationer och felsökning av instrument. "Det kommer att vara en av de saker som verkligen hjälper till att öka vetenskapens inverkan - att ha professionella observatörer där hela tiden som får den bästa vetenskapen de kan få, säger Blake.

Som ett nytt instrument som är "ett decennium före vad det amerikanska samhället hade tillgång till tidigare, " Blake hoppas att NEID kommer att hitta ett långsiktigt hem på Kitt Peak, där den kommer att vara tillgänglig för hela den amerikanska astronomigemenskapen. Mycket av observatoriets tid inom en snar framtid kommer att ägnas åt jakten på exoplaneter, vilket Blake säger kan avsevärt öka chanserna att både hitta nya planeter och genomföra detaljerade och effektiva vetenskapliga studier om dem.

"En sak vi har lärt oss är att du kan bygga det tjusigaste instrumentet du vill ha, men en sak som är ovärderlig är att ha så många nätter på teleskopet som du kan, " säger Blake. "Stjärnorna själva gör alla möjliga saker som komplicerar den här mätningen vi försöker göra, och ett sätt att attackera är att ha så många observationer nära i tiden som möjligt."

På grund av dess toppmoderna kapacitet, NEID kommer att utmärka sig när det gäller att hitta planeter i jordstorlek inom en stjärnas beboeliga zon – inte för nära stjärnan för att vara för varm, och inte för långt från solen för att vara för kallt – och kommer att vara extremt bra på att hitta nya planeter som kretsar runt mycket mindre stjärnor. Och med det senaste tillkännagivandet av den första planeten i jordstorlek som hittats inom en stjärnas beboeliga zon, och fler exoplanetfynd sannolikt när TESS fortsätter att studera himlen, NEID kommer att spela en aktiv roll i att följa upp sådana fynd i framtiden.

Med alla de otaliga funktioner som NEID tillför fältet, det kommer säkert att hålla Blake och andra astronomer sysselsatta på exoplanetjakten under de kommande åren. "Jag ser fram emot att få stora uppsättningar av produktionskvalitetsdata, studera planetsystem som är intressanta, och komma ner i ogräset på vad vi kan reta ut av data, för att se hur lågt vi kan gå i termer av planetmassor som skulle kunna detekteras, " säger Blake. "Det är spännande att gå från bygg- och hårdvarufasen till att göra vetenskap. Det ska bli kul att se vad vi lär oss."