Au cours des dernières décennies, l'étude des planètes extrasolaires s'est développée à pas de géant, avec la confirmation de plus de 4000 exoplanètes. Avec autant de planètes disponibles pour l'étude, l'objectif des chercheurs sur les exoplanètes passe de la découverte à la caractérisation. Dans les années à venir, les nouvelles technologies et les télescopes de nouvelle génération permettront également des études d'imagerie directe, ce qui améliorera considérablement notre compréhension des atmosphères des exoplanètes.

Pour faciliter ce processus, les astronomes s'appuieront sur des technologies coûteuses comme les coronographes et les abat-jour, qui bloquent la lumière d'une étoile afin que toutes les planètes en orbite autour d'elle deviennent plus visibles. Cependant, selon une nouvelle étude d'une équipe internationale d'astronomes et de cosmologistes, les étoiles binaires à éclipse pourraient fournir tous les ombrages nécessaires pour imager directement les planètes en orbite autour d'elles.

L'étude, qui est apparu récemment en ligne, était dirigé par Stefano Bellotti, un doctorat étudiant à l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) de l'Université de Toulouse. Il a été rejoint par des chercheurs du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), l'Observatoire des délégués syndicaux, l'Observatoire national d'astronomie du Japon (NAOJ), et le centre de recherche Ames de la NASA.

Comme son nom l'indique, la méthode d'imagerie directe consiste à étudier directement les planètes en analysant la lumière réfléchie par leurs surfaces et/ou atmosphères. Cette méthode est lucrative lorsqu'il s'agit d'études d'exoplanètes car elle permet aux astronomes d'obtenir des spectres directement à partir de l'atmosphère d'une planète, révélant ainsi sa composition chimique et si oui ou non il pourrait être habitable.

Ces avantages et d'autres ont été énoncés par Bellotti qui a parlé à Universe Today par e-mail :« Tout d'abord, cette méthode vous donne une réponse fiable par « oui » ou « non » :la planète (ou les planètes) est là ou elle n'y est pas. Par ailleurs, car cette méthode nous permet de capter directement la lumière provenant d'une planète, on peut examiner directement la composition chimique de son atmosphère et avoir une idée de ses caractéristiques (nuages). Finalement, ces informations nous permettent d'évaluer l'habitabilité de la planète, qui est l'objectif principal actuel des sciences exoplanétaires."

Cependant, cette méthode présente un certain nombre de défis car la lumière des étoiles est susceptible d'être 1 milliard de fois plus lumineuse que toute lumière réfléchie par ses planètes. Les scientifiques sont capables de réduire cet écart d'un ordre de grandeur (où les étoiles apparaissent 1 million de fois plus lumineuses) en examinant la lumière réfléchie dans le spectre infrarouge.

En raison de ces limites, seulement 50 planètes ont été découvertes à l'aide de la méthode d'imagerie directe à ce jour. Pour la plupart, ces planètes ont été des géantes gazeuses qui ont de larges orbites autour de leurs étoiles. Les astronomes prévoient que les télescopes de nouvelle génération qui reposent sur l'optique adaptative, coronographes, ou même un vaisseau spatial en orbite (comme le Starshade proposé par la NASA), sera en mesure d'imager plus petit, planètes rocheuses qui orbitent plus près de leurs planètes.

Pour le bien de leur étude, cependant, Bellotti et ses collègues ont examiné le potentiel des binaires à éclipse pour faire le même travail, mais sans aucun des outils coûteux impliqués. Comme le nom le suggère, Les systèmes binaires à éclipse sont constitués de deux étoiles qui passent périodiquement l'une devant l'autre par rapport à l'observateur. Quand cela arrive, la luminosité d'une étoile du système est temporairement bloquée, entraînant une diminution de la luminosité.

En utilisant des binaires à éclipse, expliqua Bellotti, les astronomes peuvent tirer parti du fait que le système stellaire subit déjà une gradation périodique, ce qui est prévisible et peut être chronométré avec précision.

"Dans ce sens, l'événement d'éclipse supprime la lumière des étoiles provenant du binaire de manière naturelle, et se traduit donc par un contraste accru entre le binaire et une planète potentielle. Cependant, l'événement d'éclipse n'est pas considéré comme un substitut de coronographes ou d'étoiles artificielles, mais il peut être considéré [de] comme un outil supplémentaire à utiliser avec eux afin d'obtenir des niveaux de contraste améliorés. En effet, parce que pendant [une] éclipse, le système binaire devient ponctuel comme une seule étoile, des techniques telles que la coronographie peuvent être appliquées pour bloquer la lumière de l'ensemble binaire en un seul coup."

Pour tester cela, l'équipe a sélectionné des binaires d'éclipses dans plusieurs catalogues d'étoiles dont la luminosité chute d'un facteur 10 lors d'une éclipse. Ils ont également différencié les types d'exoplanètes selon qu'elles émettent leur propre lumière, c'est-à-dire. auto-lumineux (SL) – ou réfléchissent la lumière (RL). Ils ont ensuite simulé l'apparence lumineuse des planètes en orbite en fonction de leur masse, et si oui ou non ils seraient visibles à l'aide des télescopes actuels ou futurs.

« Autour de deux cibles, [U Cephei] et [AC Scuti] respectivement, nous sommes [sensibles] aux planètes d'environ 4,5 masses de Jupiter et neuf masses de Jupiter avec des instruments spatiaux actuels ou à court terme, et environ 1,5 masses de Jupiter et six masses de Jupiter avec de futurs observatoires au sol (tels que [l'Extremely Large Telescope (ELT)], " dit Bellotti.

Pour les planètes à lumière réfléchie, ils ont sélectionné trois binaires à éclipse les plus proches de la Terre :V1412 Aquilae, RR Caeli, et RT Pictoris. Pour ces systèmes, ils ont utilisé Jupiter, Vénus et la Terre comme modèles pour toutes les exoplanètes possibles. Ici aussi, ils ont obtenu des résultats positifs.

"Nous avons conclu qu'une planète semblable à Jupiter à une séparation planète-étoile de 20 [milli secondes d'arc] pourrait être imagée avec les futures technologies terrestres et spatiales autour des trois cibles, " a ajouté Bellotti. " Une planète semblable à Vénus à la même séparation pourrait être détectable autour de RR Cae et RT Pic, mais une planète semblable à la Terre habitable est un défi, car la séparation planète-étoile est trop petite par rapport à la limite de séparation angulaire de la coronagraphie moderne."

Dans les années à venir, des observatoires au sol comme l'Extremely Large Telescope (ELT), le télescope de trente mètres (TMT), et le télescope géant de Magellan (GMT) devraient permettre des études d'imagerie directe d'exoplanètes semblables à la Terre. De la même manière, le télescope spatial James Webb (JWST) et le télescope spatial romain Nancy Grace (RST) disposeront d'instruments infrarouges de pointe qui pourront également étudier directement les atmosphères des exoplanètes.

Alors que ces télescopes de nouvelle génération auront une meilleure chance d'observer directement les exoplanètes, il est encourageant de savoir que des observatoires moins avancés pourraient encore mener des études d'imagerie directe en ce qui concerne les binaires à éclipse. Quoi de plus, ces systèmes stellaires pourraient également offrir des opportunités aux télescopes avancés, car ils pourront mieux voir les exoplanètes lorsque leurs étoiles seront éclipsées.