Um novo espectrógrafo astronômico construído por uma equipe de cientistas liderada pela Penn State fornece as medições mais precisas até hoje de sinais infravermelhos de estrelas próximas, permitindo que os astrônomos detectem planetas capazes de ter água líquida em suas superfícies que orbitam estrelas frias fora de nosso sistema solar. O Habitable Zone Planet Finder (HPF) permite a medição precisa da velocidade radial de uma estrela, medido pela mudança sutil na cor dos espectros da estrela conforme ela é puxada por um planeta em órbita, que é uma informação crítica na descoberta e confirmação de novos planetas.

O HPF, localizado no Observatório McDonald da Universidade do Texas em Austin, tem como alvo planetas de baixa massa em torno de estrelas anãs M próximas frias em zonas habitáveis, regiões onde a água líquida pode existir na superfície de um planeta. M estrelas anãs são conhecidas por hospedar planetas rochosos, mas essas estrelas são fracas devido ao seu tamanho e sua atividade magnética se manifesta como manchas e chamas, que colocam problemas para os instrumentos de luz visível existentes. O HPF, acoplado ao telescópio Hobby Eberly de 10 metros, em vez disso, usa luz infravermelha próxima - um tipo de luz infravermelha invisível mais próxima em comprimento de onda do espectro visível - para observar essas estrelas em comprimentos de onda onde são mais brilhantes e menos ativas.

"O HPF foi construído para ser incrivelmente estável, e adicionamos um calibrador chamado pente de frequência de laser para aumentar a precisão, "disse Suvrath Mahadevan, professor associado de astronomia e astrofísica na Penn State e investigador principal do projeto HPF. "O pente a laser, que foi desenvolvido pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), separa comprimentos de onda individuais de luz em linhas separadas, como os dentes de um pente, e é usado como uma régua para calibrar a energia do infravermelho próximo das estrelas. Esta combinação de tecnologias nos permitiu demonstrar uma precisão de velocidade radial no infravermelho próximo sem precedentes com observações da Estrela de Barnard, uma das estrelas mais próximas do Sol. "Esses resultados aparecem na edição de 20 de fevereiro do jornal Optica .

"Estamos especialmente interessados ​​em encontrar planetas semelhantes à Terra que orbitam na zona habitável das estrelas mais próximas, "disse Mike Endl, cientista pesquisador sênior do Observatório McDonald. "Esses planetas ao redor de estrelas próximas representam nossa melhor chance de caracterizá-los e estudá-los em maiores detalhes. O pente de frequência do laser no HPF nos permite alcançar o alto nível de precisão necessário para detectar esses pequenos planetas."

"Detectar comprimentos de onda do infravermelho próximo também apresenta enormes desafios técnicos, "disse Mahadevan. Por exemplo, o instrumento é tão sensível à luz infravermelha que o calor emitido à temperatura ambiente cega o detector, exigindo operações em temperaturas muito baixas. O HPF foi projetado para superar esses desafios, e também oferece um nível extremamente alto de controle sobre temperatura e pressão - essencial para o funcionamento adequado do instrumento.

"O Habitable Zone Planet Finder foi e é uma oportunidade única de ir além das soluções conhecidas para encontrar planetas que poderiam potencialmente abrigar vida, "disse Fred Hearty, cientista sênior de astronomia e astrofísica na Penn State e engenheiro de sistemas da HPF. "Cada avanço que fizemos no desenvolvimento deste instrumento revelou desafios mais profundos e sutis."

Larry Ramsey, ilustre estudioso e professor de astronomia e astrofísica na Penn State, e um dos inventores originais do design do telescópio Hobby Eberly acrescentou "A jornada de pesquisa e desenvolvimento de instrumentos de precisão como o telescópio Hobby-Eberly começou na década de 1980 na Penn State. Nas décadas seguintes, isso levou à construção de vários instrumentos que melhoraram muito nossa capacidade de procurar planetas potencialmente habitáveis ​​- desde o instrumento Fiber Optic Echelle e o instrumento de teste do Pathfinder próximo ao infravermelho até o poderoso Habitable Zone Planet Finder, que tem incrível estabilidade espectral e sensibilidade à velocidade quando acoplado ao telescópio Hobby Eberly. "

Mahadevan atribuiu o sucesso do HPF e de seu calibrador de pente a laser à equipe multidisciplinar e multiinstitucional do HPF. "Não teríamos sido capazes de empurrar esses limites astrofísicos sem forçar os limites técnicos e de engenharia aqui no solo, " ele disse, "ou sem muito trabalho, compromisso e criatividade dos alunos de pós-graduação, bolsistas de pós-doutorado, pesquisador associado, Faculdade, e parceiros da indústria que trabalharam no HPF por quase uma década. Esses resultados abrirão o caminho para quebrar barreiras no infravermelho próximo, permitindo a descoberta de planetas de massa terrestre em zonas habitáveis. "

O Habitable Zone Planet Finder e seu sistema de calibração de pente de frequência foram construídos com o apoio dos programas de instrumentação de pesquisa principal e tecnologia avançada e instrumentação da National Science Foundation dos EUA. Estado de Penn, e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. A análise contínua de dados é apoiada por uma bolsa da Fundação Heising-Simons.