Une nouvelle vie pour l’instrument VISIR du CEA
La première campagne approfondie de recherche de planètes autour de l'étoile la plus proche Alpha du Centaure A vient d'être réalisée sur le télescope VLT de l'Observatoire Européen Austral (ESO) à l'aide de l'instrument infrarouge NEAR (Near Earths in the AlphaCen Region). Basé sur la caméra infrarouge VISIR construite sous la maitrise d'oeuvre du Département d'Astrophysique du CEA-Irfu et en service à l'ESO depuis 2004, l'instrument NEAR est conçu pour détecter des planètes de la masse de la Terre et au delà. Une première campagne de plus de 100 heures d'observations sur 10 jours vient de s'achever avec la contribution des chercheurs du Département d'Astrophysique du CEA-Irfu, dans le but d'obtenir la première image directe d'une potentielle exoplanète rocheuse située dans la zone habitable donc propice à la vie.
Détecter l'émission infrarouge des planètes.
Alpha Centauri est le système d'étoiles le plus proche de notre système solaire, situé à 4,37 années-lumière (environ 25 000 milliards de kilomètres). Il se compose de deux étoiles semblables au soleil, Alpha Centauri A et B, ainsi que d'une étoile naine rouge, Proxima Centauri. En 2016, une équipe utilisant des instruments de l'ESO a découvert une planète semblable à la Terre en orbite autour de Proxima Centauri par une méthode de détection indirecte, mais aucune image directe n'a pu encore en être obtenue à ce jour.
L'imagerie directe de planètes autour d'étoiles brillantes constitue un défi technique majeur, car la lumière des étoiles que les planètes réfléchissent est généralement des milliards de fois plus faible que la lumière qui émise directement par l'étoile centrale. La résolution d'une petite planète proche de son étoile à une distance de plusieurs années-lumière peut être comparée à la découverte d'un papillon de nuit entourant un réverbère à des dizaines de kilomètres.
Pour résoudre ce problème, l'Observatoire Européen Austral (ESO), dans le cadre du programme Breakthrough Watch, a lancé en 2016 un projet visant à construire un instrument spécial, incorporant un dispositif appelé coronographe infrarouge thermique, conçu pour bloquer la majeure partie de la lumière provenant de l'étoile et optimisé pour capturer directement la lumière infrarouge émise par la surface chaude d'une planète en orbite, plutôt que la faible quantité de lumière de l'étoile qu’elle reflète.
Cure de jouvence pour la caméra VISIR
Le nouvel instrument NEAR (pour Near Earths in the AlphaCen Region ou / Terres proches autour d'Alpha du Centaure) a été installé en 2019 sur l’un des quatre télescopes de 8 mètres du VLT, en modernisant et modifiant la caméra infrarouge VISIR (VLT Imager and Spectrometer for the InfraRed) conçue par le CEA pour observer le gaz et la poussière à faible température dans les galaxies. Sa sensibilité aux longueurs d’onde infrarouges adaptées aux exoplanètes potentiellement habitables a été ainsi optimisée.
Pour réaliser NEAR, les scientifiques ont modifié la caméra VISIR, en combinant trois réalisations d'ingénierie astronomiques de pointe.
Premièrement, ils ont adapté l'instrument VISIR pour inclure le coronographe, qui permet d'occulter et réduire considérablement la lumière de l'étoile cible et de révéler ainsi les signatures de planètes terrestres potentielles.
Deuxièmement, ils l'ont modifié pour être couplé au système d’optique adaptative intégré au téléscope VLT/UT4(Yepun). La technique, appelée optique adaptative, déforme en temps réel et de manière calculée le miroir secondaire du télescope pour compenser et ainsi supprimer le flou généré par la turbulence de l'atmosphère terrestre.
Troisièmement, ils ont utilisé de nouvelles stratégies de soustraction du bruit, permettant potentiellement à l’instrument de basculer rapidement entre les étoiles cibles – aussi vite que toutes les 100 millisecondes – en optimisant le temps disponible au télescope.
Avec ce nouvel instrument, la première campagne de recherche autour de l'étoile de Alpha du Centaure A a débuté le 21 mai 2019. Plus de 100 heures d'observations ont été cumulées sur dix jours et les données de cette campagne seront mises à disposition des chercheurs très prochainement après un traitement spécifique.
NEAR est ainsi le premier et unique (actuellement) projet qui pourrait directement imager une exoplanète habitable ce qui marquerait une étape importante. Outre ses propres objectifs scientifiques, l’expérience NEAR est également un pionnier pour les futurs instruments de recherche de planètes pour le futur télescope ELT (Extremely Large Telescope) de 39 m de diamètre qui devrait entrer en service en 2025. Il peut être considéré comme un banc pour tester les nouvelles méthodes d’observation qui seront appliquées de façon routinière lors d’observations avec le futur instrument ELT/METIS, projet auquel le CEA/IRFU est aussi associé.
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NEAR : effet de l'optique adaptative.
Début de la vidéo : images sans correction. Milieu de la vidéo : images avec correction de l'optique adaptative qui concentre la lumière de l'étoile et autorise ainsi une meilleure détection de planètes. Crédit : E. Pantin/DAp-CEA |
Image de l'étoile Alpha Centaure obtenue en 10 minutes d'observation avec NEAR. La ligne en pointillés représente l'orbite de la Terre (1 UA). L'anneau en couleur représente la zone supposée habitable autour de Alpha Cen A, région sur laquelle se concentrent les recherches et pour laquelle l'utilisation d'un coronographe est essentielle.
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Contact : Eric PANTIN
Voir : le communiqué de l'Observatoire Européen Austral (ESO) (juin 2019)
Voir aussi : ESO Announce « First Light » Exoplanet Search at Very Large Telescope (vidéo)
Rédaction : Jean-Marc Bonnet-Bidaud – Communiqué ESO