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Détecter les exoplanètes près de leur étoile

Des astronomes mettent au point un système optique innovateur

University of Montreal

Ce communiqué est disponible en anglais.

MONTREAL, 22 juin 2015 - Des astronomes ont réussi à mettre au point un nouveau type de système optique pouvant capter l'image d'une exoplanète située près de son étoile. Le coronographe « vector Apodizing Phase Plate » ( ou encore vector-APP) a été installé en mai 2015 sur le télescope Magellan de 6,5 m, au Chili, et les premières observations ont démontré sa capacité a obtenir de forts contrastes, jusqu'à maintenant inégalés, entre l'image de l'exoplanète et son étoile parente. Ces résultats seront présentés à la communauté scientifique ce lundi lors de la conférence In the Spirit of Lyot, organisée par le Centre de recherche en astrophysique du Québec et des chercheurs de l'Université de Montréal.

Près de 2000 exoplanètes ont été détectées jusqu'à maintenant, mais seulement une poignée d'entre elles ont pu être repérées par observation directe. Les exoplanètes sont généralement un million de fois moins brillantes que les étoiles parentes autour des quelles elles sont en orbite. Ces exoplanètes sont souvent noyées dans la lumière de cette dernière lorsqu'on les observe de la Terre. Afin d'observer directement les exoplanètes et caractériser la composition de leur atmosphère, les plus grands télescopes du monde utilisent des coronographes afin de cacher le halo de lumière aveuglant de leur étoile.

Le coronographe vector-APP [1] se sert de la nature ondulatoire de la lumière pour neutraliser le halo d'une étoile pour permettre de déceler la lumière réfléchie par la planète.

Ce système est réalisé grâce à une structure de phase complexe qui ne peut être produite qu'en appliquant des techniques de structuration de cristaux liquides en 3D [2]. Cette méthode produit deux images de l'étoile sur lesquelles des demi-cercles sombres se trouvent de chaque côté de l'image de l'étoile (réf. Figure 1). De cette façon, toute la région entourant l'étoile peut être examinée afin de détecter des planètes. En superposant plusieurs couches de cristaux liquides, l'appareil peut être utilisé sur une large gamme de longueur d'ondes, incluant l'infrarouge, où le contraste entre la planète et son étoile est le plus favorable.

Le 6 mai 2015 dernier, le coronographe vector-APP a généré ses premières images (à une longueur d'ondes de 3,9 μm donc dans le spectre infrarouge) couplé à l'instrument MagAO [3] monté sur le télescope Magellan de 6,5 m situé au Chili. Le système d'optique adaptative intégré au télescope permet à l'instrument d'obtenir des images nettes d'étoiles, qui sont par la suite séparées et modifiées par le coronographe pour présenter des zones sombres dans lesquelles on pourrait observer directement les planètes moins lumineuses, ce qui serait impossible sans le coronographe vector-APP.

Frans Snik, inventeur du principe derrière le nouveau coronographe vector-APP, a déclaré :

« C'est merveilleux de voir qu'après tout ce travail de conception et les tests en laboratoire, cette nouvelle approche fonctionne parfaitement lors de sa première nuit d'observation sur le télescope! »

Gilles Otten a ajouté :

« Nous avons su que c'était un succès dès que nous avons vu la première image sur l'écran de la salle de contrôle du télescope. »

Jared Males, chercheur postdoctoral, est emballé par les possibilités qu'offre vector-APP :

« Grâce à ce nouveau coronographe, nous pouvons observer des planètes en orbite autour d'étoiles proches. Nous avons la possibilité de détecter ou d'exclure par observation directe la présence de planètes plus petites que Jupiter. »

Matthew Kenworthy conclut :

« L'arrivée de cette nouvelle technologie de coronographie est une excellente nouvelle pour les très grands télescopes actuellement en construction. Les instruments d'imagerie infrarouge et thermale tels que le dispositif d'imagerie et spectrographe infrarouge moyen de l'E-ELT (METIS) peuvent tirer profit de cette nouvelle technologie pour découvrir de nouveaux mondes. En combinant le coronographe vector-APP aux prochaines générations de télescopes, nous pourrons détecter des planètes autour d'étoiles voisines avec une précision inégalée. »

La technique de design unique, utilisant des cristaux liquides employée par l'équipe, a également permis de produire des vector-APP qu'il n'aurait pas été possible de concevoir en employant des méthodes de production traditionnelles. Ces nouveaux designs génèrent des zones sombres couvrant la totalité des 360 degrés autour des étoiles ciblées. Les premières données amassées grâce à un dispositif expérimental démontrent déjà la viabilité de cette nouvelle approche (réf. Figure 2).

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