L’instrument NIRPS, un nouvel œil tourné vers le ciel au Chili

Une équipe internationale menée par les universités de Genève (UNIGE) et de Montréal publie aujourd’hui les premiers résultats du spectrographe NIRPS installé sur le télescope de 3.6 mètres de l'Observatoire européen austral (ESO). Ce nouvel instrument qui opère dans le proche infrarouge présente des performances exceptionnelles pour la détection et la caractérisation des exoplanètes autour des naines rouges.  En combinant NIRPS avec le spectrographe HARPS qui lui opère en lumière visible, les astronomes ont accès à une couverture spectrale inégalée pour étudier les exoplanètes. Les cinq premiers papiers scientifiques sont à retrouver aujourd’hui dans le journal Astronomy & Astrophysics.

Le Near-InfraRed Planet Searcher (NIRPS) est un spectrographe à haute résolution conçu pour rechercher et étudier des exoplanètes autour d’étoiles plus petites et plus froides que notre Soleil. Installé sur le télescope de 3,6 mètres de l’Observatoire de La Silla au Chili, NIRPS a officiellement commencé ses observations scientifiques en avril 2023. Son développement et sa construction sont le fruit d’un large consortium réunissant des scientifiques et des ingénieur-es du Canada, de Suisse, d’Espagne, du Portugal, de France et du Brésil, avec le soutien de l’ESO. Plus de 140 expertes et experts ont ainsi contribué au projet, incluant une grande équipe du Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et du pôle de Recherche National PlanetS.

NIRPS est spécialement conçu pour observer dans les longueurs d’ondes de l’infrarouge proche. A ses côtés, on trouve le spectrographe HARPS, conçu lui aussi par les scientifiques suisses, qui scrute les exoplanètes dans la lumière visible depuis 2003.

«Ce dispositif est le résultat d’innovations technologiques et d’une collaboration internationale fructueuse», déclare François Bouchy, professeur associé au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE, co-responsable du projet NIRPS et auteur principal du papier décrivant les performances de l’instrument et ses objectifs scientifiques. «Nous sommes fiers des performances uniques et inégalées de NIRPS et enthousiastes face aux premiers résultats scientifiques.»

La combinaison des deux instruments HARPS et NIRPS offre une couverture spectrale unique au monde pour étudier et rechercher des exoplanètes. Les performances du tandem HARPS/NIRPS en font l’un des instruments astronomiques les plus demandés de l’ESO au dernier semestre. En parallèle du premier papier qui accompagne la mise en service du tout nouvel instrument, le consortium publie quatre articles scientifiques dans la revue Astronomy & Astrophysics avec les premiers résultats des observations NIRPS.

Scruter l’atmosphère des exoplanètes
La précision de NIRPS dans l’infrarouge proche et la possibilité de le combiner avec HARPS dans la lumière visible permettent d’étudier l’atmosphère des planètes lorsque celles-ci transitent devant leur étoile. Pour les premières observations, les astronomes ont scruté l’atmosphère de deux exoplanètes géantes gazeuses bien connues: WASP-189 b et WASP-69 b.

La première possède l’une des atmosphères les plus extrêmes. On y trouve ainsi du fer à l’état gazeux. Cependant, celui-ci est détecté uniquement dans le visible avec HARPS et non dans l’infrarouge proche avec NIRPS. «Le fer possède aussi des signatures spectrales dans l’infrarouge. Nous devrions donc le détecter aussi avec NIRPS», précise Valentina Vaulato, doctorante au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et première autrice de l’étude sur WASP-189 b. «Il doit donc y avoir un autre élément chimique qui vient cacher la signature du fer dans l’infrarouge mais pas dans le visible. L’anion d’hydrure – un atome d’hydrogène avec deux électrons au lieu d’un – est notre principal suspect», conclut la chercheuse.

Les observations de la seconde exoplanète, WASP-69 b, révèlent avec NIRPS une longue queue de gaz d’hélium s’échappant de son atmosphère, semblable à celle d’une comète. Cette observation, l’une des plus détaillées du genre, jette un nouvel éclairage sur l’évolution des atmosphères planétaires sous l’effet d’un rayonnement intense de l’étoile hôte.

Détecter les exoplanètes dans l’infrarouge
Les cibles privilégiées de NIRPS sont les étoiles rouges et froides connues sous le nom de «naines  M», soit les étoiles les plus communes de la galaxie, car elles brillent plus dans l’infrarouge proche que dans le visible. Les scientifiques du consortium NIRPS ont ainsi pu confirmer avec une précision inégalée la présence de Proxima Centauri b, une planète semblable à la Terre située dans la zone habitable de la naine rouge Proxima Centauri, l’étoile la plus proche de notre système solaire. L’équipe a également trouvé des preuves de la présence d’une deuxième planète, moins massive que la Terre, en orbite autour de cette étoile.

NIRPS est aussi l’unique instrument proche infrarouge à observer notre Soleil chaque jour pour mieux comprendre l’activité stellaire mais aussi comment limiter son impact sur la caractérisation des atmosphères des exoplanètes et sur la détection d’exoplanètes analogues à la Terre.