• Home
  • Chimie
  • Astronomie
  • Énergie
  • La nature
  • Biologie
  • Physique
  • Électronique
  •  science >> Science >  >> Astronomie
    Des chercheurs lancent une caméra ultrarapide pour exoplanètes

    Le dispositif MKID de 20 440 pixels conçu pour la caméra MKID Exoplanet est le réseau de détecteurs supraconducteurs au nombre de pixels le plus élevé, quelle que soit la longueur d'onde. Crédit : Image avec l'aimable autorisation des chercheurs

    Depuis que les astronomes ont découvert la première exoplanète - une planète qui orbite autour d'une étoile en dehors du système solaire - plus de 4, 000 ont été observés. D'habitude, leur présence est donnée par les légers effets qu'ils ont sur leurs étoiles mères, qui les surpassent largement. Depuis une décennie et demie, les scientifiques ont essayé d'imager directement les exoplanètes, mais l'atmosphère terrestre présente un obstacle majeur lorsqu'ils tentent de tirer parti de grands télescopes au sol.

    Maintenant, une équipe de scientifiques et d'ingénieurs américains et japonais qui comprend des chercheurs de l'UC Santa Barbara a développé une nouvelle caméra de chasse aux exoplanètes. Déployé au télescope Subaru à Maunakea, Hawaii, l'appareil est la plus grande caméra supraconductrice au monde par nombre de pixels et ouvrira la voie à l'imagerie directe des planètes extra-solaires dans un avenir proche. Un document d'instrument apparaissant dans les publications de la Société d'astronomie du Pacifique a annoncé le nouveau dispositif à la communauté astronomique.

    Construit par des chercheurs du laboratoire du professeur Ben Mazin, la caméra d'exoplanète MKID (MEC) utilise des détecteurs d'inductance cinétique à micro-ondes (MKID) pour permettre aux scientifiques d'imager directement des exoplanètes et des disques autour d'étoiles brillantes. Le détecteur fonctionne à une vitesse élevée de 90 millikelvins - juste une touche au-dessus du zéro absolu - et est la première caméra supraconductrice déployée en permanence qui fonctionne dans le spectre optique et proche infrarouge.

    "En imagerie directe des exoplanètes, vous essayez d'imaginer des planètes qui sont des millions de fois plus faibles que leurs étoiles mères, " a déclaré Sarah Steiger, un doctorant du laboratoire Mazin qui a travaillé sur le pipeline MKID. "C'est l'équivalent d'essayer de voir une luciole à côté d'un stade de football entièrement éclairé depuis un avion.

    "Quoi de plus, si vous faites cela depuis le sol, vous devez regarder à travers l'atmosphère turbulente de la Terre, " a-t-elle poursuivi. Cette turbulence est ce qui fait scintiller les étoiles dans le ciel nocturne, et est un éternel casse-tête pour les astronomes, déformer les images et projeter la lumière des étoiles sur des exoplanètes sombres.

    "C'est une bataille constante pour empêcher la lumière parasite de l'étoile de submerger complètement la planète, ", a déclaré le doctorant Neelay Fruitwala.

    Les observatoires modernes utilisent l'optique adaptative pour corriger ces distorsions. Les systèmes reposent sur des boucles de rétroaction rapides et des algorithmes complexes pour plier le miroir d'un télescope des milliers de fois par seconde de manière à contrecarrer les effets de l'atmosphère, permettant aux scientifiques de récupérer une image comme si le télescope était dans l'espace.

    "Ces systèmes d'optique adaptative très compliqués nous permettent de découvrir des planètes comme celles de HR 8799, qui est un système avec quatre planètes toutes au-dessus de la masse de Jupiter en orbite, " dit Mazin. Mais ils peuvent aussi diffuser la lumière, qui obscurcit les exoplanètes faibles. "Nous avons découvert que le simple fait d'utiliser l'optique adaptative en soi n'allait nous trouver qu'une poignée de planètes, à savoir celles qui brillent encore de la chaleur de leur formation, qui ne sont tout simplement pas si courantes dans notre voisinage stellaire."

    Le télescope Subaru au sommet du Maunakea, Hawaii. Crédit :Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ)

    Un autre avantage des MKID réside dans leur capacité à déterminer l'énergie de chaque photon qui frappe le détecteur. "Cela nous permet non seulement de déterminer la luminosité d'une planète, " Steiger a dit, "mais aussi pour obtenir un spectre (la luminosité en fonction de l'énergie), qui peut révéler des informations supplémentaires sur les propriétés d'une exoplanète, comme son âge, masse et potentiellement la composition atmosphérique."

    Des détecteurs plus avancés utilisent un coronographe, qui bloque une partie de la lumière de l'étoile hôte afin que les scientifiques puissent mieux discerner la lumière se reflétant sur la planète elle-même. Ceci est important pour l'imagerie des systèmes à proximité, dont la plupart ne sont pas particulièrement jeunes. Cependant, obtenir les meilleures performances d'une telle configuration nécessite une très bonne optique adaptative.

    "Ces instruments se heurtent en quelque sorte à un mur en ce moment, " a déclaré Mazin. "Ils peuvent bloquer la lumière de l'étoile par un facteur d'environ un million, mais le problème est que la plupart des planètes sont plus comme un milliard de fois plus faibles que leur étoile mère."

    L'un des avantages des MKID par rapport aux appareils photo traditionnels est qu'ils sont très rapides. Ces détecteurs peuvent lire les données des milliers de fois par seconde, quelles sont les vitesses nécessaires pour suivre un système d'optique adaptative, Steiger a expliqué. Cela permet à un MKID de nettoyer davantage une image en communiquant avec le système d'optique adaptative de l'observatoire pour éliminer une partie de la lumière stellaire diffusée et diffractée. Cela repousse les limites de la faible luminosité d'une exoplanète pouvant être imagée.

    La caméra MKID Exoplanet devrait élargir la gamme d'exoplanètes que les astronomes peuvent directement imager à ceux proches de la Terre. Ce sont les plus importants car nous pouvons les caractériser plus en détail, a déclaré le coauteur Olivier Guyon, le scientifique du projet en charge de l'instrument Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics (SCExAO).

    Le but ultime est de rechercher des preuves de vie, et le MEC est une étape importante dans ce voyage. "Nous n'allons pas pouvoir faire ça avec Subaru, ou avec l'un des télescopes actuels, car ils sont juste un peu trop petits, " Guyon a déclaré. "Mais nous nous préparons pour la prochaine grande étape, qui consiste à déployer des caméras d'imagerie d'exoplanètes sur de plus grands télescopes tels que le télescope de trente mètres. Quand ces télescopes seront en ligne, les mêmes technologies, le même appareil photo, les mêmes astuces nous permettront de rechercher réellement la vie."

    Cela dit, il reste encore beaucoup de travail à faire, principalement sur le logiciel et les algorithmes du MEC. L'équipe a reçu une importante subvention de la Fondation Heising-Simons pour s'attaquer à ce problème et développer davantage la correction optique rapide au cours des prochaines années. "Nous jetons tous les trucs du livre à cela, " Mazin a dit, "et nous développons également de nouvelles astuces."

    Les auteurs reconnaissent le rôle culturel important et la vénération que le sommet de Maunakea détient au sein de la communauté hawaïenne et ont déclaré qu'ils se sentaient chanceux d'avoir la possibilité de mener des observations depuis cette montagne.


    © Science https://fr.scienceaq.com