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    Un déluminateur réel pour repérer les exoplanètes par réflexion de la lumière des étoiles

    Une conception d'artiste de WASP-18b, une exoplanète géante qui orbite très près de son étoile. Crédit :Rayons X :NASA/CXC/SAO/I.Pillitteri et al; Optique :DSS

    Vous vous souvenez peut-être de la scène d'ouverture de "Harry Potter à l'école des sorciers" qui s'est déroulée sur Privet Drive. Un homme barbu a sorti un mystérieux appareil, appelé déluminateur, de sa robe sombre et une à une les lumières des réverbères s'y engouffraient.

    Depuis une dizaine d'années ou plus, Les moldus du monde entier, y compris moi, ont été occupés à concevoir et à perfectionner un appareil similaire appelé coronographe. Il bloque la lumière des étoiles afin que les scientifiques puissent prendre des photos des planètes en orbite, les exoplanètes.

    Il y a plus de 500 ans, le frère italien Giordano Bruno a postulé que les étoiles dans le ciel nocturne étaient comme notre Soleil avec des planètes en orbite, dont certains abritaient probablement la vie. À partir des années 1990, à l'aide d'observations au sol et par satellite, les astronomes ont rassemblé des preuves de l'existence de milliers de planètes ou d'exoplanètes extra-solaires. La découverte d'exoplanètes a valu le prix Nobel de physique 2019.

    La prochaine étape majeure de la recherche exoplanétaire est l'imagerie et la caractérisation des exoplanètes de la taille de Jupiter en lumière visible, car l'imagerie des planètes de la taille de la Terre est beaucoup plus difficile. Cependant, l'imagerie des exo-Jupiters montrerait que les astromères disposent de tous les outils nécessaires pour imager et caractériser des planètes de la taille de la Terre dans les zones habitables des étoiles proches, où la vie pourrait exister. Des missions spatiales capables d'imager les exo-Terres dans leurs zones habitables, tels que Habitable Exoplanet Observatory ou HabEx et Large UV/Optical/IR Surveyor ou LUVOIR, sont actuellement conçus par des scientifiques et des ingénieurs du monde entier et sont à au moins une décennie de leur vol.

    En préparation de ces missions de classe phare, il est essentiel que les technologies clés et les outils logiciels soient développés et validés. Un coronographe est essentiel à tous ces efforts d'imagerie.

    Je suis professeur de physique et dirige un groupe de recherche qui a conçu de nombreuses expériences qui ont volé lors de missions de la NASA. Depuis une dizaine d'années, notre équipe a développé les technologies nécessaires pour imager et caractériser directement les exoplanètes autour des étoiles proches et les tester à bord de fusées et de ballons avant qu'elles ne puissent être sélectionnées pour le vol lors de grandes missions spatiales.

    La conception de cet artiste représente le système stellaire Kepler-10. La mission Kepler a découvert deux planètes autour de cette étoile. Kepler-10b (tache sombre contre étoile jaune) est, à ce jour, la plus petite exoplanète rocheuse connue en dehors de notre système solaire. Le plus gros objet au premier plan est Kepler-c. Les deux planètes seraient des mondes brûlants. Crédit :NASA/Ames/JPL-Caltech

    Imagerie des exoplanètes en lumière visible

    Même si nous connaissons l'existence de plus de 4, 000 exoplanètes, la plupart ont été détectés à l'aide de méthodes indirectes telles que l'atténuation de la lumière de l'étoile mère lorsqu'une planète passe devant et bloque une partie de sa lumière, tout comme le récent transit de Mercure. C'est la technique employée par les missions Kepler et Transiting Exoplanet Survey Satellite ou TESS. Les lauréats du prix Nobel 2019 ont utilisé une autre méthode indirecte, qui repose sur la mesure du mouvement infime et périodique des étoiles causé par les planètes en orbite autour d'elles. Mais une photographie d'une exoplanète, avec des caractéristiques similaires à celles de notre système solaire, n'a pas encore été prise.

    L'imagerie des exoplanètes est difficile. Par exemple, même une planète énorme comme Jupiter est un milliard de fois plus sombre que le Soleil. Et vu de loin, la Terre est 10 fois plus sombre que Jupiter. Mais la difficulté d'imager les exoplanètes n'est pas due à leur faible luminosité :de grands télescopes, dont le télescope spatial Hubble, ont imagé des objets beaucoup plus faibles.

    Le défi de l'imagerie des exoplanètes consiste à prendre une photo d'un objet très faible qui est proche d'un autre beaucoup plus lumineux. Puisque les étoiles et leurs planètes sont loin, lorsqu'ils sont photographiés, ils apparaissent comme un point lumineux dans le ciel, tout comme les phares d'une voiture ressemblent à une lumière vive à distance. Donc, le défi d'imaginer même l'exoplanète la plus proche est semblable à celui d'une personne en Californie prenant une photo d'une mouche à 10 pieds de la lumière vive d'un phare du Massachusetts.

    Mon groupe de recherche a récemment piloté une expérience de ballon à haute altitude appelée Planetary Imaging Concept Testbed Using a Recoverable Experiment—Coronagraph (PICTURE-C) qui a testé la capacité du coronographe à travailler dans l'espace pour imager des exoplanètes et leurs environnements.

    La charge utile terminée en cours de préparation le matin de son vol. Crédit :UMass Lowell

    Composants clés de l'instrument PICTURE-C

    Le coronographe de PICTURE-C crée des éclipses artificielles pour atténuer ou éliminer la lumière des étoiles sans assombrir les planètes que les étoiles illuminent. Il est conçu pour capturer de faibles ceintures d'astéroïdes comme des objets très proches de l'étoile centrale.

    Alors qu'un coronographe est nécessaire pour l'imagerie directe des exoplanètes, notre 6, Le dispositif de 000 livres comprend également des miroirs déformables pour corriger la forme des miroirs du télescope qui se déforment en raison des changements de gravité, fluctuations de température et autres imperfections de fabrication.

    Finalement, l'ensemble du dispositif doit être maintenu stable dans l'espace pendant des périodes de temps relativement longues. Une gondole spécialement conçue par la NASA et appelée Wallops Arc Second Pointer (WASP) transportait PICTURE-C et nous a permis de faire la moitié du chemin. Un système de stabilisation d'image interne conçu par mes collègues a fourni la "main ferme" nécessaire.

    IMAGE-C en vol avec son télescope pointé sur une étoile et la Terre couverte de nuages ​​éclairée par la lumière du soleil. Crédit :Supriya Chakrabarti, CC BY-SA

    Le vol inaugural de PICTURE-C

    Après de nombreux tests pour démontrer que tous les systèmes étaient prêts pour le vol, notre équipe a lancé PICTURE-C le matin du 29 septembre, 2019 de Fort. Sumner, Nouveau Mexique.

    Après le vol d'essai de 20 heures confirmant que tous les systèmes fonctionnaient bien, PICTURE-C est revenu sur Terre en utilisant son parachute pour atterrir en douceur. L'expérience a été récupérée et renvoyée à notre laboratoire. PICTURE-C n'était pas censé découvrir d'exoplanètes lors de son premier test. Mais il volera à nouveau sur un autre ballon lorsqu'il photographiera plusieurs étoiles pour explorer si l'une d'entre elles possède des ceintures d'astéroïdes. Ceux-ci seraient plus faciles à voir, et si nous avons de la chance, il prendra une photo d'une planète de la taille de Jupiter en septembre 2020.

    Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.




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