Vidéo: imagerie des exoplanètes dans les zones habitables des étoiles proches

Publié par Redbran le 12/02/2021 à 13:00
Source: CEA IRFU
L'imagerie des planètes autour d'étoiles proches qui pourraient potentiellement maintenir la vie est devenue une possibilité grâce aux résultats d'une équipe internationale d'astronomes publiés dans la revue Nature Communications. En utilisant un nouveau système développé pour l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) d'exoplanètes dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) moyen, en combinaison (Une combinaison peut être :) avec une très longue période d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...), les chercheurs ont atteint la capacité de détecter directement par imagerie des planètes d'environ trois fois la taille de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) dans les zones habitables des étoiles proches.


Cette expérience, appelée NEAR (pour Near Earths in the AlphaCen Region), a été réalisée à l'aide de VISIR, une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) infrarouge moyen construite par le Département d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) du CEA-IRFU. L'instrument VISIR a été adapté sur un grand télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) de 8 m VLT UT4 (Yepun) au Chili, avec un dispositif spécifique de blocage de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) des étoiles et un système d'optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations...) intégré pour corriger la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse...) atmosphérique. Une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) potentielle de la taille de Neptune à Saturne en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'Alpha Centauri a (Alpha Centauri A, ou Rigel Kentaurus A (le pied du Centaure en arabe) est la plus brillante des...) peut-être été identifiée mais nécessite encore une confirmation supplémentaire.

Autour des étoiles les plus proches

Trouver une planète potentiellement habitable au sein d'Alpha Centauri (Alpha Centauri ou Alpha du Centaure ou Rigil Kentaurus est un système de trois étoiles très...) a été l'objectif de l'initiative Breakthrough Watch/NEAR, qui signifie "Nouvelles Terres dans la région d'Alpha Centauri". Breakthrough Watch est un programme astronomique mondial à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de planètes semblables à la Terre autour d'étoiles proches.

Les résultats publiés par l'équipe de chercheurs démontre une amélioration de plus d'un facteur dix par rapport aux capacités existantes d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) directe des exoplanètes. La plupart des études visant l'imagerie des exoplanètes ont utilisé des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) plus courtes, moins de 10 microns, s'arrêtant juste en dessous de la plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté...) de longueurs d'onde où ces planètes brillent le plus.

L'équipe a utilisé le Very Large Telescope (Le Very Large Telescope (VLT) est un ensemble de 4 télescopes principaux et 4 auxiliaires...) (VLT) de l'Observatoire européen austral (L'Observatoire européen austral (en anglais, European Southern Observatory : ESO) est une...) au Chili pour observer notre système d'étoiles voisin le plus proche: Alpha Centauri, un système à trois étoiles, situé à seulement 4,4 années-lumière de la Terre.

Alpha Centauri se compose de deux étoiles - Alpha Centauri A et B - qui sont similaires à notre soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) en taille et en âge et sont en orbite l'une autour de l'autre dans un système binaire (Le système binaire est un système de numération utilisant la base 2. On nomme...). Alpha Centauri C (Proxima Centauri est l'étoile la plus proche du système solaire. Elle est aussi appelée Alpha...), mieux connu sous le nom de Proxima Centauri (Proxima Centauri est l'étoile la plus proche du système solaire. Elle est aussi appelée Alpha...), est une naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les...) beaucoup plus petite en orbite à une grande distance autour de ces deux étoiles. Une planète, d'une taille pas tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) à fait égale à deux fois celle de la Terre et en orbite dans la zone habitable (En astronomie, une zone habitable (ZH) est une région de l'espace où les conditions sont...) autour de Proxima Centauri a déjà été détectée indirectement. Alpha Centauri et A et B pourraient héberger des planètes similaires, mais les méthodes de détection indirectes telles que les variations de vitesse (On distingue :) radiale ne sont pas encore assez sensibles pour trouver des planètes rocheuses dans leurs zones habitables.


Alpha Centauri. L'image montre le système stellaire le plus proche du Soleil, l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) double lumineuse Alpha Centauri A et B et son compagnon éloigné et faible Proxima Centauri. Crédits ESO

Une détection possible ?

VISIR, l'instrument infrarouge moyen construit par le Département d'Astrophysique du CEA-IRFU, a été adapté au VLT UT4 (Yepun), un télescope de 8m de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) qui est équipé d'un système d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) adaptative intégré. Ce système, compensant la turbulence atmosphérique, a permis d'atteindre des performances sans précédent en termes de résolution angulaire et de sensibilité pour une source ponctuelle. En outre, les chercheurs ont utilisé un dispositif de blocage de la lumière des étoiles appelé coronographe qu'ils ont optimisé pour le spectre de la lumière infrarouge moyen, afin de bloquer la lumière de l'une des étoiles à la fois. Pour permettre d'observer simultanément les zones habitables des deux étoiles, ils ont également mis au point (Graphie) une nouvelle technique permettant de basculer très rapidement entre l'observation d'Alpha Centauri A et d'Alpha Centauri B (Alpha Centauri B, ou Rigel Kentaurus B (le pied du Centaure en arabe) est une des trois étoiles...).

L'équipe a observé le système Alpha Centauri pendant près de 100 heures (L'heure est une unité de mesure  :) au cours d'un mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) en 2019, collectant plus de 5 millions d'images au cours du processus. Les chercheurs du CEA ont contribué au projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) en participant à la conception de l'expérience, en apportant une expérience sur l'utilisation de l'instrument VISIR, et enfin en fournissant le logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements...) de réduction qui a permis de corriger les défauts instrumentaux et d'appliquer des règles de sélection sur les 10 Tera-octets de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) collectées lors de la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...). Dans l'image résultante, une source ponctuelle, appelée "C1", a été détectée qui ressemble à ce que l'on attend d'une planète et qui ne peut être expliquée par aucune des corrections d'erreur systématiques. Des simulations suggèrent que "C1" pourrait être une planète de la taille de Neptune à Saturne, à une distance d'Alpha Centauri A similaire à celle entre la Terre et le Soleil. Cependant, un artefact (Un artéfact ou artefact est un effet (lat. factum) artificiel (lat. ars, artis ). Le terme...) instrumental d'origine inconnue ne peut être exclu jusqu'à des vérifications ultérieures.


A gauche: image brute finale de la caméra NEAR/VISIR après tri et empilement de 72 heures d'observation. La région au carré décrit la zone habitable autour d'Alpha Centauri A (environ deux fois l'orbite de Mars). Ces régions sont contaminées par divers artefacts de l'instrument et par la lumière des étoiles.
A droite: l'image finale nettoyée et traitée avec grossissement, après avoir soustrait la lumière des étoiles. Les régions avec des artefacts de l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) ont été masquées pour plus de clarté. Une signature ponctuelle persistante ("C1") est détectée dans tous les sous-ensembles de données.
Crédits Univ Arizona

La prochaine génération de télescopes de très grandes tailles, tels que l'Extremely Large Telescope (E-ELT) de l'ESO, va être en mesure d'augmenter d'un facteur 10 le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'étoiles proches capables d'héberger des planètes dans leurs zones habitables qui pourront être imagées. Pour cela, le Département d'Astrophysique du CEA-IRFU participe à la conception et à la construction de METIS (ELT-Imageur et Spectrographe dans l'infrarouge moyen), le futur instrument infrarouge thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) qui équipera le télescope E-ELT.

Le financement de NEAR a été assuré principalement par le programme Breakthrough Watch et l'Observatoire européen austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère...) (ESO). Breakthrough Watch est géré par Breakthrough Initiatives, parrainé par la Breakthrough Foundation. Breakthrough Watch a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) les fonds de mise à niveau de l'instrument VISIR qui ont rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) ces observations possibles, et l'Observatoire européen austral a accordé du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) au télescope.

Crédits: NEAR/Markus Kasper

Contact CEA:
Eric PANTIN
""Imaging low-mass planets within the habitable zone of α Centauri,"
Kevin Wagner et al., Nature Communications, Februray 10th, 2021

Voir aussi:
le communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un...) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) d'Arizona (10 Février 2021) (en anglais)

Redaction: University Arizona, E. Pantin, J.M. Bonnet-Bidaud.
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