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 d'exoplanètes dans l'infrarouge moyen, en combinaison avec une très longue période d'observation, les chercheurs ont atteint la capacité de détecter directement par imagerie des planètes d'environ trois fois la taille de la Terre 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 infrarouge moyen construite par le Département d'Astrophysique du CEA-IRFU. L'instrument VISIR a été adapté sur un grand télescope de 8 m VLT UT4 (Yepun) au Chili, avec un dispositif spécifique de blocage de la lumière des étoiles et un système d'optique adaptative intégré pour corriger la turbulence atmosphérique. Une planète potentielle de la taille de Neptune à Saturne en orbite autour d'Alpha Centauri a peut-être été identifiée mais nécessite encore une confirmation supplémentaire.
Voir la vidéo : Breakthrough Watch/NEAR
Autour des étoiles les plus proches
Trouver une planète potentiellement habitable au sein d'Alpha Centauri 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 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 directe des exoplanètes. La plupart des études visant l'imagerie des exoplanètes ont utilisé des longueurs d'onde plus courtes, moins de 10 microns, s'arrêtant juste en dessous de la plage de longueurs d'onde où ces planètes brillent le plus.
L'équipe a utilisé le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral 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 en taille et en âge et sont en orbite l'une autour de l'autre dans un système binaire. Alpha Centauri C, mieux connu sous le nom de Proxima Centauri, est une naine rouge beaucoup plus petite en orbite à une grande distance autour de ces deux étoiles. Une planète, d'une taille pas tout à fait égale à deux fois celle de la Terre et en orbite dans la zone habitable 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 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 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 qui est équipé d'un système d'optique 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 une nouvelle technique permettant de basculer très rapidement entre l’observation d’Alpha Centauri A et d’Alpha Centauri B.
L'équipe a observé le système Alpha Centauri pendant près de 100 heures au cours d'un mois en 2019, collectant plus de 5 millions d'images au cours du processus. Les chercheurs du CEA ont contribué au projet 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 de réduction qui a permis de corriger les défauts instrumentaux et d'appliquer des règles de sélection sur les 10 Tera-octets de données collectées lors de la campagne. 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 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 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 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 qui équipera le télescope E-ELT.
Le financement de NEAR a été assuré principalement par le programme Breakthrough Watch et l'Observatoire européen austral (ESO). Breakthrough Watch est géré par Breakthrough Initiatives, parrainé par la Breakthrough Foundation. Breakthrough Watch a fourni les fonds de mise à niveau de l'instrument VISIR qui ont rendu ces observations possibles, et l'Observatoire européen austral a accordé du temps au télescope.
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 de l'Université d'Arizona (10 Février 2021) (en anglais)
Redaction : University Arizona, E. Pantin, J.M. Bonnet-Bidaud
• Structure et évolution de l'Univers › Planètes, formation et dynamique des étoiles, milieu interstellaire
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
• Dynamique des Etoiles, des Exoplanètes et de leur Environnement
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