Dans un exploit sans précédent, une équipe de recherche américaine a découvert les secrets cachés d'une exoplanète insaisissable à l'aide d'un nouvel instrument puissant au télescope Gemini North de 8 mètres sur Maunakea à Hawai'i. Les découvertes classent non seulement une exoplanète de la taille de Jupiter dans un système stellaire binaire proche, mais aussi démontrer de façon concluante, pour la première fois, qui étoile les orbites de la planète.

La percée s'est produite lorsque Steve B. Howell du NASA Ames Research Center et son équipe ont utilisé un instrument d'imagerie à haute résolution de leur conception, nommé 'Alopeke (un mot hawaïen contemporain pour Fox). L'équipe a observé l'exoplanète Kepler-13b alors qu'elle passait devant (transitait) l'une des étoiles du système stellaire binaire Kepler-13AB environ 2, distant de 000 années-lumière. Avant cette tentative, la vraie nature de l'exoplanète était un mystère.

« Il y avait de la confusion sur Kepler-13b :était-ce une étoile de faible masse ou un monde chaud semblable à Jupiter ? Nous avons donc conçu une expérience en utilisant l'instrument astucieux Alopeke, " Howell a déclaré. La recherche a été récemment publiée dans le Journal astronomique . "Nous avons surveillé les deux étoiles, Kepler A et Kepler B, simultanément tout en recherchant les changements de luminosité pendant le transit de la planète, " expliqua Howell. " A notre plaisir, nous avons non seulement résolu le mystère, mais a également ouvert une fenêtre sur une nouvelle ère de recherche sur les exoplanètes."

"Cette double victoire a accru l'importance d'instruments comme 'Alopeke dans la recherche sur les exoplanètes, " a déclaré Chris Davis de la National Science Foundation, l'une des agences sponsors de Gemini. "Les capacités de vision et de télescope exquises de l'Observatoire Gemini, ainsi que l'instrument innovant 'Alopeke' ont rendu cette découverte possible en seulement quatre heures d'observations."

'Alopeke effectue "l'imagerie du chatoiement, " collectant un millier de poses de 60 millisecondes chaque minute. Après avoir traité cette grande quantité de données, les images finales sont exemptes des effets néfastes des turbulences atmosphériques, qui peuvent gonfler, se brouiller, et déformer les images des étoiles.

"Environ la moitié de toutes les exoplanètes orbitent autour d'une étoile résidant dans un système binaire, encore, jusqu'à maintenant, nous étions incapables de déterminer avec précision quelle étoile héberge la planète, " dit Howell.

L'analyse de l'équipe a révélé une nette baisse de la lumière de Kepler A, prouvant que la planète orbite autour de la plus brillante des deux étoiles. De plus, « Alopeke fournit simultanément des données aux longueurs d'onde rouges et bleues, une capacité inhabituelle pour les imageurs de speckle. En comparant les données rouges et bleues, les chercheurs ont été surpris de découvrir que le creux de la lumière bleue de l'étoile était environ deux fois plus profond que le creux de la lumière rouge. Cela peut s'expliquer par une exoplanète chaude avec une atmosphère très étendue, qui bloque plus efficacement la lumière aux longueurs d'onde bleues. Ainsi, ces observations de mouchetures multicolores donnent un aperçu alléchant de l'apparence de ce monde lointain.

Les premières observations indiquaient autrefois que l'objet en transit était soit une étoile de faible masse, soit une naine brune (un objet situé quelque part entre les planètes les plus lourdes et les étoiles les plus légères). Mais les recherches de Howell et de son équipe montrent presque certainement que l'objet est une exoplanète géante gazeuse semblable à Jupiter avec une atmosphère "gonflée" en raison de l'exposition au rayonnement énorme de son étoile hôte.

'Alopeke a un jumeau identique au télescope Gemini South au Chili, nommé Zorro, qui est le mot pour renard en espagnol. Comme 'Alopeke, Zorro est capable d'imagerie de speckle dans les longueurs d'onde bleues et rouges. La présence de ces instruments dans les deux hémisphères permet à l'Observatoire Gemini de résoudre les milliers d'exoplanètes connues pour être dans plusieurs systèmes stellaires.

"L'imagerie speckle connaît une renaissance avec une technologie comme rapide, des détecteurs à faible bruit devenant plus facilement disponibles, " a déclaré Andrew Stephens, membre de l'équipe et scientifique des instruments d'Alopeke, au télescope Gemini North. "Combiné avec le grand miroir primaire de Gemini, "Alopeke a un réel potentiel pour faire des découvertes d'exoplanètes encore plus importantes en ajoutant une autre dimension à la recherche."

D'abord proposé par l'astronome français Antoine Labeyrie en 1970, l'imagerie du speckle est basée sur l'idée que la turbulence atmosphérique peut être "gelée" lors de l'obtention de très courtes expositions. Dans ces courtes expositions, les étoiles ressemblent à des collections de petites taches, ou des mouchetures, où chacune de ces taches a la taille de la limite optimale de résolution du télescope. Lorsque vous prenez de nombreuses expositions, et en utilisant une approche mathématique intelligente, ces mouchetures peuvent être reconstituées pour former la véritable image de la source, en supprimant l'effet des turbulences atmosphériques. Le résultat est l'image de la plus haute qualité qu'un télescope peut produire, obtenir efficacement une résolution spatiale depuis le sol, faisant de ces instruments de superbes sondes d'environnements extrasolaires pouvant abriter des planètes.

La découverte de planètes en orbite autour d'autres étoiles a changé la vision de notre place dans l'Univers. Des missions spatiales comme le télescope spatial Kepler/K2 de la NASA et le satellite Transiting Exoplanet Survey (TESS) ont révélé qu'il y a deux fois plus de planètes en orbite autour d'étoiles dans le ciel qu'il n'y a d'étoiles visibles à l'œil nu; à ce jour, le nombre total de découvertes oscille autour de 4, 000. Alors que ces télescopes détectent les exoplanètes en recherchant de minuscules creux dans la luminosité d'une étoile lorsqu'une planète passe devant elle, ils ont leurs limites.

"Ces missions observent de grands champs de vision contenant des centaines de milliers d'étoiles, ils n'ont donc pas la résolution spatiale fine nécessaire pour sonder plus profondément, " a déclaré Howell. " L'une des découvertes majeures de la recherche sur les exoplanètes est qu'environ la moitié de toutes les exoplanètes sont en orbite autour d'étoiles qui résident dans des systèmes binaires. Pour donner un sens à ces systèmes complexes, il faut des technologies capables d'effectuer des observations sensibles au temps et d'étudier les détails les plus fins avec une clarté exceptionnelle."

"Notre travail avec Kepler-13b constitue un modèle pour la recherche future d'exoplanètes dans des systèmes stellaires multiples, " Howell a poursuivi. " Les observations mettent en évidence la capacité de l'imagerie à haute résolution avec de puissants télescopes comme Gemini non seulement à évaluer quelles étoiles avec des planètes sont en binaire, mais aussi déterminer de manière robuste laquelle des étoiles l'exoplanète orbite."