Des scientifiques australiens ont développé un nouveau type de capteur pour mesurer et corriger la distorsion de la lumière des étoiles causée par la visualisation à travers l'atmosphère terrestre, ce qui devrait faciliter l'étude de la possibilité de vie sur des planètes lointaines.

Grâce à l'intelligence artificielle et au machine learning, Des opticiens de l'Université de Sydney ont mis au point un capteur capable de neutraliser le « scintillement » d'une étoile causé par les variations de chaleur dans l'atmosphère terrestre. Cela facilitera la découverte et l'étude des planètes dans les systèmes solaires lointains à partir des télescopes optiques sur Terre.

"La principale façon dont nous identifions les planètes en orbite autour d'étoiles lointaines est de mesurer les baisses régulières de la lumière des étoiles causées par les planètes bloquant des morceaux de leur soleil, " a déclaré l'auteur principal, le Dr Barnaby Norris, qui occupe un poste conjoint de chercheur au Laboratoire d'instrumentation astrophotonique de l'Université de Sydney et au nœud d'optique astronomique australienne de l'Université de Sydney à la School of Physics.

"C'est vraiment difficile depuis le sol, nous devions donc développer une nouvelle façon de regarder les étoiles. Nous voulions aussi trouver un moyen d'observer directement ces planètes depuis la Terre, " il a dit.

L'invention de l'équipe sera désormais déployée dans l'un des plus grands télescopes optiques au monde, le télescope Subaru de 8,2 mètres à Hawaï, exploité par l'Observatoire national d'astronomie du Japon.

"Il est vraiment difficile de séparer le 'scintillement' d'une étoile des creux de lumière causés par les planètes lors de l'observation depuis la Terre, " a déclaré le Dr Norris. " La plupart des observations d'exoplanètes sont venues de télescopes en orbite, comme Kepler de la NASA. Avec notre invention, nous espérons lancer une renaissance de l'observation des exoplanètes depuis le sol."

La recherche est publiée aujourd'hui dans Communication Nature .

Nouvelles méthodes

L'utilisation du nouveau «capteur de front d'onde photonique» aidera les astronomes à imager directement des exoplanètes autour d'étoiles éloignées de la Terre.

Au cours des deux dernières décennies, des milliers de planètes au-delà de notre système solaire ont été détectées, mais seule une petite poignée a été imagée directement depuis la Terre. Cela limite sévèrement l'exploration scientifique de ces exoplanètes.

Faire une image de la planète donne bien plus d'informations que les méthodes de détection indirectes, comme mesurer les creux de la lumière des étoiles. Les planètes semblables à la Terre pourraient apparaître un milliard de fois plus faibles que leur étoile hôte. Et observer la planète séparée de son étoile, c'est comme regarder une pièce de 10 cents détenue à Sydney, vu de Melbourne.

Pour résoudre ce problème, l'équipe scientifique de l'École de physique a développé un « capteur de front d'onde photonique », une nouvelle façon de mesurer la distorsion exacte causée par l'atmosphère, il peut donc être corrigé par les systèmes d'optique adaptative du télescope des milliers de fois par seconde.

"Ce nouveau capteur fusionne des dispositifs photoniques avancés avec des techniques d'apprentissage en profondeur et de réseaux neuronaux pour obtenir un type de capteur de front d'onde sans précédent pour les grands télescopes, ' a déclaré le Dr Norris.

"Contrairement aux capteurs de front d'onde conventionnels, il peut être placé au même endroit dans l'instrument optique où l'image est formée. Cela signifie qu'il est sensible à des types de distorsions invisibles pour les autres capteurs de front d'onde actuellement utilisés aujourd'hui dans les grands observatoires, " il a dit.

Le professeur Olivier Guyon du télescope Subaru et de l'Université de l'Arizona est l'un des plus grands experts mondiaux en optique adaptative. Il a déclaré :« Il s'agit sans aucun doute d'une approche très innovante et très différente de toutes les méthodes existantes. Elle pourrait potentiellement résoudre plusieurs limitations majeures de la technologie actuelle. Nous travaillons actuellement en collaboration avec l'équipe de l'Université de Sydney pour tester ce concept chez Subaru. en collaboration avec SCExAO, qui est l'un des systèmes d'optique adaptative les plus avancés au monde."

Application au-delà de l'astronomie

Les scientifiques sont parvenus à ce résultat remarquable en s'appuyant sur une nouvelle méthode pour mesurer (et corriger) le front d'onde de la lumière qui traverse la turbulence atmosphérique directement au niveau du plan focal d'un instrument d'imagerie. Cela se fait à l'aide d'un convertisseur de lumière avancé, connue sous le nom de lanterne photonique, lié à un processus d'inférence de réseau de neurones.

"Il s'agit d'une approche radicalement différente des méthodes existantes et résout plusieurs limitations majeures des approches actuelles, " a déclaré le co-auteur Jin (Fiona) Wei, un étudiant de troisième cycle au Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory.

Le directeur du Sydney Astrophotonic Instrumentation Laboratory de l'École de physique de l'Université de Sydney, Professeur agrégé Sergio Léon-Saval, dit :« Alors que nous sommes venus à ce problème pour résoudre un problème en astronomie, la technique proposée est extrêmement pertinente pour un large éventail de domaines. Il pourrait être appliqué dans les communications optiques, télédétection, l'imagerie in-vivo et tout autre domaine impliquant la réception ou la transmission de fronts d'onde précis à travers un milieu turbulent ou trouble, comme l'eau, du sang ou de l'air."