Image prise par CHEOPS à partir d'une étoile connue sous le nom de HD 88111. L'étoile est située dans la constellation de l'Hydre, à environ 175 années-lumière de la Terre, et il n'est pas connu d'héberger une exoplanète. CHEOPS a pris une image de l'étoile toutes les 30 secondes pendant 47 heures consécutives. Crédit :Consortium de mission ESA/Airbus/CHEOPS
CHEOPS a atteint sa prochaine étape :après des tests approfondis en orbite terrestre, dont certains que l'équipe de mission a été contraint d'effectuer depuis chez eux en raison de la crise du coronavirus, le télescope spatial a été déclaré prêt pour la science. CHEOPS signifie "Caracteriser le satellite ExOPplanet, " et a pour but d'étudier les exoplanètes connues pour déterminer, entre autres, s'ils ont des conditions propices à la vie.
CHEOPS est une mission conjointe de l'Agence spatiale européenne (ESA) et de la Suisse, sous la direction de l'Université de Berne en collaboration avec l'Université de Genève (UNIGE). Après presque trois mois de tests approfondis, avec une partie en plein confinement pour contenir le coronavirus, mercredi, 25 mars, 2020, L'ESA a déclaré le télescope spatial CHEOPS prêt pour la science. Avec cette réalisation, L'ESA a confié la responsabilité d'exploiter CHEOPS au consortium de la mission, qui se compose de scientifiques et d'ingénieurs d'environ 30 institutions dans 11 pays européens.
Réussite de la phase de test CHEOPS malgré la crise du coronavirus
La réussite de la phase de test s'est déroulée dans une période très difficile, avec essentiellement toute l'équipe de mission devant travailler à domicile vers la fin de la phase. "La réalisation de la phase de test n'a été possible qu'avec le plein engagement de tous les participants, et parce que la mission dispose d'un système de contrôle opérationnel largement automatisé, permettant d'envoyer des commandes et de recevoir des données depuis la maison, " explique Willy Benz, Professeur d'astrophysique à l'Université de Berne et chercheur principal de la mission CHEOPS.
Une équipe de scientifiques, les ingénieurs et les techniciens ont soumis CHEOPS à une période de tests et d'étalonnages approfondis du début janvier à la fin mars. « Nous avons été ravis lorsque nous avons réalisé que tous les systèmes fonctionnaient comme prévu ou même mieux que prévu, " explique Andrea Fortier, scientifique des instruments CHEOPS de l'Université de Berne, qui a dirigé l'équipe de mise en service du consortium.
La luminosité de l'étoile HD 88111 telle que dérivée de chacune des 5, 640 photos prises par CHEOPS sur 47 heures sont représentées sur la figure 2 sous la forme d'une "courbe de lumière". Crédit :Consortium de mission ESA/Airbus/CHEOPS
Répondre aux exigences élevées en matière de précision de mesure
L'équipe a commencé par se concentrer sur l'évaluation des performances photométriques du télescope spatial. CHEOPS a été conceptualisé comme un appareil d'une précision exceptionnelle capable de détecter des exoplanètes de la taille de la planète Terre. "Le test le plus critique était dans la mesure précise de la luminosité d'une étoile à une variance de 0,002 % (20 parties par million), " explique Willy Benz. Cette précision est nécessaire pour bien reconnaître l'obscurcissement provoqué par le passage d'une planète de la taille de la Terre devant une étoile semblable au Soleil (événement connu sous le nom de " transit, " qui peut durer plusieurs heures). CHEOPS a également dû démontrer sa capacité à maintenir ce degré de précision jusqu'à deux jours.
CHEOPS dépasse les exigences
Pour vérifier cela, l'équipe s'est concentrée sur une étoile connue sous le nom de HD 88111. L'étoile est située dans la constellation de l'Hydre, à environ 175 années-lumière de la Terre, et il n'est pas connu pour héberger des planètes. CHEOPS a pris une image de l'étoile toutes les 30 secondes pendant 47 heures consécutives (voir Figure 1). Chaque image a été soigneusement analysée, dans un premier temps à l'aide d'un progiciel automatique spécialisé, puis par les membres de l'équipe, pour déterminer dans chaque image la luminosité de l'étoile aussi précisément que possible. L'équipe s'attendait à ce que la luminosité de l'étoile change pendant la période d'observation en raison d'une variété d'effets, comme d'autres étoiles dans le champ de vision, le minuscule mouvement de gigue du satellite, ou l'impact des coups de rayons cosmiques sur le détecteur.
Les résultats du 5, 640 photos prises par CHEOPS sur 47 heures sont représentées sur la figure 2 sous la forme d'une "courbe de lumière". La courbe représente l'évolution dans le temps des mesures de luminosité de toutes les images, montrant une dispersion quadratique moyenne de 0,0015 % (15 parties par million). "La courbe de lumière mesurée par CHEOPS était agréablement plate. Le télescope spatial dépasse facilement l'exigence de pouvoir mesurer la luminosité avec une précision de 0,002 % (20 parties par million), " explique Christopher Broeg, Chef de mission pour la mission CHEOPS à l'Université de Berne.
En haut :La première courbe lumineuse de transit de CHEOPS. L'exoplanète géante appelée KELT-11b orbite autour de l'étoile HD 93396 en 4,7 jours. Le creux dû à la planète est clairement visible, commençant environ neuf heures après le début de l'observation. En bas :Résidus obtenus en soustrayant des points de données CHEOPS l'ajustement du transit (courbe rouge ci-dessus). Crédit :CHEOPS Mission Consortium
Une exoplanète qui flotterait
L'équipe a observé d'autres étoiles, dont certaines connues pour héberger des planètes (on les appelle exoplanètes). CHEOPS s'est concentré sur le système planétaire HD 93396 qui se trouve dans la constellation des Sextans, à 320 années-lumière de la Terre. Ce système consiste en une exoplanète géante appelée KELT-11b, qui a été découvert en 2016 pour orbiter autour de cette étoile en 4,7 jours. L'étoile fait presque trois fois la taille du soleil.
L'équipe a choisi ce système particulier car l'étoile est si grosse que la planète met longtemps à passer devant elle :en effet, près de huit heures. "Cela a donné à CHEOPS l'opportunité de démontrer sa capacité à capturer de longs événements de transit autrement difficiles à observer depuis le sol, comme la partie « astronomique » de la nuit pour l'astronomie au sol prend généralement moins de huit heures, " explique Didier Queloz, professeur au Département d'Astronomie de la Faculté des Sciences de l'Université de Genève et porte-parole de l'équipe scientifique CHEOPS. La première courbe de lumière de transit de CHEOPS est illustrée à la figure 3, où le pendage dû à la planète se produit environ neuf heures après le début de l'observation.
Le transit de KELT-11b mesuré par CHEOPS a permis de déterminer la taille de l'exoplanète. Il a un diamètre de 181, 600km, que CHEOPS est capable de mesurer avec une précision de 4'290 km. Le diamètre de la Terre, en comparaison, n'a que 12 ans environ, 700km, tandis que celle de Jupiter - la plus grande planète de notre système solaire - est de 139, 900 km. L'exoplanète KELT-11b est donc plus grosse que Jupiter, mais sa masse est cinq fois moindre, ce qui signifie qu'il a une densité extrêmement faible :« Il flotterait sur l'eau dans une piscine assez grande, " dit David Ehrenreich, Mission Scientifique CHEOPS de l'Université de Genève. La densité limitée est attribuée à la proximité de la planète avec son étoile. La figure 4 montre un dessin du premier système de planètes en transit observé avec succès par CHEOPS.
Benz explique que les mesures de CHEOPS sont cinq fois plus précises que celles de la Terre. "Cela nous donne un avant-goût de ce que nous pouvons réaliser avec CHEOPS dans les mois et les années à venir, " poursuit Benz.
Une infographie de la première planète en transit observée par CHEOPS. Les cercles colorés montrent la taille relative de l'étoile (colorée) à la planète en transit (noir), pour le cas de HD 93396 (orange) et de sa planète, Kelt-11b, et à titre de comparaison le Soleil (jaune), Terre et Jupiter. Crédit :CHEOPS Mission Consortium
CHEOPS, à la recherche de potentielles planètes habitables
La mission CHEOPS (CHaracterising ExOPplanet Satellite) est la première des "missions de classe S" nouvellement créées de l'ESA (missions de petite classe avec un budget ESA inférieur à 50 millions), et se consacre à la caractérisation des transits des exoplanètes. CHEOPS mesure les changements de luminosité d'une étoile lorsqu'une planète passe devant cette étoile. Cette valeur mesurée permet de dériver la taille de la planète, et que sa densité soit déterminée sur la base des données existantes. Cela fournit des informations importantes sur ces planètes, par exemple, qu'elles soient à prédominance rocheuse, sont composés de gaz, ou s'ils ont des océans profonds. Cette, à son tour, est une étape importante pour déterminer si une planète a des conditions propices à la vie.
CHEOPS a été développé dans le cadre d'un partenariat entre l'Agence spatiale européenne (ESA) et la Suisse. Sous la direction de l'Université de Berne et de l'ESA, un consortium de plus d'une centaine de scientifiques et d'ingénieurs de onze états européens a participé à la construction du satellite sur cinq ans.
CHEOPS a commencé son voyage dans l'espace mercredi, 18 décembre 2019 à bord d'une fusée Soyouz Fregat depuis le port spatial européen de Kourou, Guyane Française. Depuis, il tourne autour de la Terre sur une orbite polaire en environ une heure et demie à une altitude de 700 kilomètres après le terminateur.
