NEID分光計が系外惑星探索を加速

NASAが系外惑星（太陽系外惑星）の発見探求を拡大するにつれ、ツールボックスも拡充されています。この夏、「ニード」（NEID、発音：ノーイド）と呼ばれる新ツールが、最も近く最も詳しく研究されている恒星、我々の太陽についての最初のデータバッチを提供しました。

NEID分光計は、新しい世界の位置特定と特性把握を助け、アリゾナ州のキットピーク国立天文台から空を観測します。2021年6月から本格的に系外惑星探索を開始しました。しかし、NEIDは夜間の恒星観測とほぼ同量のデータを、日中に太陽から収集します。それは太陽が、系外惑星の母星で起こる変化の種類について、天文学者들에게最も詳細な視点を提供するからです。それらの変化は、系外惑星の検出と居住可能性に影響を及ぼす可能性があります。

NASAゴダード宇宙飛行センター（メリーランド州グリーンベルト）のチームがNEIDの設計、開発、コミッショニングを支援しました。この装置は視線速度を測定します。惑星の重力による牽引で生じる恒星の運動のシフトです。この運動により恒星の光がわずかに変化します。視線速度から、惑星の母星に対する相対質量を測定できます。

「これらの惑星にとって本当に重要なのは、質量を知ることです」とNEID開発チームの機器科学者マイケル・マケルウェイン氏は言います。「大きさと質量がわかれば、系外惑星の2つの基本パラメータが得られます。」

現在、トランジット法が系外惑星発見と相対的サイズ測定の主流です。近くの恒星の光に周期的な変化を探し、公転惑星が我々の視点から恒星の前を横切るときに起こる変化を検出します。

NASAのケプラー宇宙望遠鏡とトランジット系外惑星探査衛星（TESS）は、トランジット法で既に数千の系外惑星を特定しています。NEIDはTESS発見惑星の視線速度を測定することで、TESSデータを補完します。

これらのサイズと質量測定を合わせれば、惑星の平均密度がわかり、惑星の全体的組成への洞察が得られます。特に高密度な惑星なら岩石組成の可能性があります。科学者たちはその情報を用いて、NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による追加研究に最適な惑星を特定します。

分光計はキットピークのWIYN 3.5メートル望遠鏡で動作し、これまで可能だった精度の約3倍という新クラスの視線速度装置に属します。望遠鏡が恒星を向け、その光を集め、光ファイバーを通じて分光器へ送ります。分光器は観測所地下1階の特製・熱隔離クリーンルームに収められています。

「分光器の最も基本的なレベルでは、光をさまざまな色、つまり波長に分解します」とNEIDの機器科学者サラ・ログズドン氏は説明します。「個々の原子や分子が非常に特定の波長で異なる輝線や吸収線を持つため、これは私たちにとって非常に有用です。NEIDでは、惑星が恒星を牽引する際にこれらの吸収・輝線が静止位置からどれだけシフトするかを測定できます。そのシフトの大きさから、惑星の質量を母星の質量に対する相対値で求められます。」

NEID観測の潜在的課題の一つは、恒星自体が変化することです。高温プラズマが内部から湧き上がり、冷却されて落下し、表面全体が地震的振動で震えています。大域的・局所的磁場がより暗く低温の星斑や他の可視特徴を作ります。これらすべての活動が、恒星活動と系外惑星の効果を区別することを困難にします。

しかし、太陽は恒星活動をよりよく理解するための基準となります。WIYN望遠鏡からの光に加え、NEIDは天文台屋上に設置された太陽望遠鏡からの光も受け取ります。時間とともに、この太陽データが遠方の恒星観測での類似現象特定を助けます。恒星活動問題を研究する天文学者たちを支援するよう処理された後、太陽望遠鏡のすべてのデータは公開されます。

「太陽が道を示す」とペンシルベニア州立大学天文学・天体物理学教授でNEID主任研究者のスヴラス・マハデヴァン氏は言います。「数十年間、キットピークの象徴的で現在は退役したマクマース・ピアース望遠鏡が太陽研究の最高施設でした。NEIDは今、系外惑星科学と太陽観測、太陽と恒星、キットピークの歴史と現在・未来を繋ぐ架け橋です。」

チームは2020年1月にNEIDのファーストライト観測を発表しました。NEIDは最初に系外惑星を持つことが判明した太陽型恒星51ペガシを観測しました。NEIDは現在、ゲストオブザーバープログラムを通じて科学コミュニティに利用可能です。