Il est maintenant possible de capturer des images de planètes qui pourraient potentiellement maintenir la vie autour d'étoiles proches, grâce aux avancées rapportées par une équipe internationale d'astronomes dans la revue Communications naturelles.

En utilisant un système nouvellement développé pour l'imagerie des exoplanètes dans l'infrarouge moyen, en combinaison avec un temps d'observation très long, les auteurs de l'étude disent qu'ils peuvent désormais utiliser des télescopes au sol pour capturer directement des images de planètes environ trois fois la taille de la Terre dans les zones habitables des étoiles proches.

Les efforts pour imager directement les exoplanètes - les planètes en dehors de notre système solaire - ont été entravés par des limitations technologiques, résultant en un biais vers la détection de planètes plus faciles à voir qui sont beaucoup plus grandes que Jupiter et sont situées autour de très jeunes étoiles et bien en dehors de la zone habitable - le "point idéal" dans lequel une planète peut contenir de l'eau liquide. Si les astronomes veulent trouver une vie extraterrestre, ils doivent chercher ailleurs.

"Si nous voulons trouver des planètes avec des conditions propices à la vie telle que nous la connaissons, nous devons chercher des planètes rocheuses à peu près de la taille de la Terre, à l'intérieur des zones habitables autour des plus anciennes, étoiles semblables au soleil, " a déclaré le premier auteur de l'article, Kévin Wagner, un Sagan Fellow dans le programme de bourses Hubble de la NASA à l'observatoire Steward de l'Université de l'Arizona.

La méthode décrite dans l'article offre une amélioration de plus de dix fois par rapport aux capacités existantes pour observer directement les exoplanètes, dit Wagner. La plupart des études sur l'imagerie des exoplanètes ont porté sur des longueurs d'onde infrarouges inférieures à 10 microns, s'arrêtant juste en deçà de la gamme de longueurs d'onde où ces planètes brillent le plus, dit Wagner.

"Il y a une bonne raison à cela parce que la Terre elle-même brille vers vous à ces longueurs d'onde, " a déclaré Wagner. " Les émissions infrarouges du ciel, la caméra et le télescope lui-même étouffent essentiellement votre signal. Mais la bonne raison de se concentrer sur ces longueurs d'onde est que c'est là qu'une planète semblable à la Terre dans la zone habitable autour d'une étoile semblable au soleil va briller le plus."

L'équipe a utilisé le Very Large Telescope, ou ALV, de l'Observatoire européen austral au Chili pour observer notre système stellaire le plus proche :Alpha Centauri, à seulement 4,4 années-lumière. Alpha Centauri est un système d'étoiles triples; il se compose de deux étoiles - Alpha Centauri A et B - qui sont similaires au soleil en taille et en âge et orbitent l'une autour de l'autre comme un système binaire. La troisième étoile, Alpha Centauri C, mieux connu sous le nom de Proxima Centauri, est une naine rouge beaucoup plus petite en orbite autour de ses deux frères et sœurs à une grande distance.

Une planète pas tout à fait deux fois plus grande que la Terre et en orbite dans la zone habitable autour de Proxima Centauri a déjà été indirectement détectée grâce à des observations de la variation de la vitesse radiale de l'étoile, ou la minuscule oscillation d'une étoile sous le remorqueur de la planète invisible. Selon les auteurs de l'étude, Alpha Centauri A et B pourraient héberger des planètes similaires, mais les méthodes de détection indirecte ne sont pas encore assez sensibles pour trouver des planètes rocheuses dans leurs zones habitables les plus éloignées, Wagner a expliqué.

"Avec l'imagerie directe, nous pouvons maintenant passer en dessous de ces limites de détection pour la première fois, " il a dit.

Pour augmenter la sensibilité de la configuration d'imagerie, l'équipe a utilisé un miroir de télescope secondaire adaptatif qui peut corriger la distorsion de la lumière par l'atmosphère terrestre. En outre, les chercheurs ont utilisé un masque bloquant la lumière des étoiles qu'ils ont optimisé pour le spectre lumineux moyen infrarouge afin de bloquer la lumière d'une des étoiles à la fois. Pour permettre l'observation simultanée des zones habitables des deux étoiles, ils ont également mis au point une nouvelle technique pour basculer très rapidement entre l'observation d'Alpha Centauri A et d'Alpha Centauri B.

"Nous déplaçons une étoile sur et une étoile hors du coronographe tous les dixièmes de seconde, " a déclaré Wagner. " Cela nous permet d'observer chaque étoile pendant la moitié du temps, et, surtout, cela nous permet également de soustraire une trame de la trame suivante, qui supprime tout ce qui n'est essentiellement que du bruit de la caméra et du télescope."

En utilisant cette approche, la lumière des étoiles et le "bruit" indésirables (signal indésirable provenant du télescope et de la caméra) deviennent essentiellement un bruit de fond aléatoire, possible de réduire davantage en empilant les images et en soustrayant le bruit à l'aide d'un logiciel spécialisé.

Semblable à l'effet des écouteurs antibruit, qui permettent d'entendre une musique douce sur un flux constant de bruit indésirable de moteur à réaction, la technique a permis à l'équipe d'éliminer autant que possible les bruits indésirables et de détecter les signaux beaucoup plus faibles créés par les planètes candidates potentielles à l'intérieur de la zone habitable.

L'équipe a observé le système Alpha Centauri pendant près de 100 heures au cours d'un mois en 2019, rassemblant plus de 5 millions d'images. Ils ont collecté environ 7 téraoctets de données, qu'ils ont mis à la disposition du public sur http://archive.eso.org .

"Il s'agit de l'une des premières campagnes d'imagerie multi-nuit dédiées aux exoplanètes, dans lequel nous avons empilé toutes les données que nous avons accumulées pendant près d'un mois et les avons utilisées pour atteindre notre sensibilité finale, ", a déclaré Wagner.

Après avoir supprimé les soi-disant artefacts – les faux signaux créés par l'instrumentation et la lumière résiduelle du coronographe – l'image finale a révélé une source lumineuse désignée comme « C1 » qui pourrait potentiellement faire allusion à la présence d'une exoplanète candidate à l'intérieur de la zone habitable.

"Il y a une source ponctuelle qui ressemble à ce à quoi nous nous attendrions à ce qu'une planète ressemble, que nous ne pouvons expliquer avec aucune des corrections d'erreurs systématiques, " a déclaré Wagner. " Nous ne sommes pas au niveau de confiance pour dire que nous avons découvert une planète autour d'Alpha Centauri, mais il y a un signal là-bas qui pourrait être cela avec une vérification ultérieure."

Les simulations de ce à quoi les planètes dans les données sont susceptibles de ressembler suggèrent que "C1" pourrait être une planète de la taille de Neptune à Saturne à une distance d'Alpha Centauri A qui est similaire à la distance entre la Terre et le soleil, dit Wagner. Cependant, les auteurs précisent clairement que sans vérification ultérieure, la possibilité que C1 puisse être due à un artefact inconnu causé par l'instrument lui-même ne peut pas encore être exclue.

Trouver une planète potentiellement habitable au sein d'Alpha Centauri a été l'objectif de l'initiative Breakthrough Watch/NEAR, qui signifie Nouvelles Terres dans la région Alpha Centauri. Breakthrough Watch est un programme astronomique mondial à la recherche de planètes semblables à la Terre autour d'étoiles proches.

« Nous sommes très reconnaissants envers les Breakthrough Initiatives et l'ESO pour leur soutien dans la réalisation d'un autre tremplin vers l'imagerie des planètes semblables à la Terre autour de nos étoiles voisines, " a déclaré Markus Kasper, scientifique principal du projet NEAR et co-auteur de l'article.

L'équipe compte se lancer dans une autre campagne d'imagerie dans quelques années, pour tenter d'attraper cette exoplanète potentielle dans le système Alpha Centauri dans un endroit différent, et pour voir s'il serait cohérent avec ce qui serait attendu sur la base de la modélisation de son orbite attendue. D'autres indices peuvent provenir d'observations de suivi utilisant différentes méthodes.

La prochaine génération de télescopes extrêmement grands, comme l'Extremely Large Telescope de l'Observatoire européen austral, et le télescope géant de Magellan, dont l'Université de l'Arizona produit les miroirs primaires, devraient être en mesure d'augmenter d'un facteur 10 les observations directes d'étoiles proches qui pourraient abriter des planètes dans leurs zones habitables, Wagner a expliqué. Les candidats à regarder incluent Sirius, l'étoile la plus brillante du ciel nocturne, et Tau Ceti, qui héberge un système planétaire indirectement observé que Wagner et ses collègues tenteront d'imager directement.

« Faire de la capacité démontrée ici un mode d'observation de routine – pouvoir capter les signatures thermiques des planètes en orbite dans les zones habitables des étoiles proches – changera la donne pour l'exploration de nouveaux mondes et pour la recherche de la vie dans l'univers. , " a déclaré le co-auteur de l'étude Daniel Apai, un professeur agrégé d'astronomie et de science planétaire de l'UArizona qui dirige le programme Earths in Other Solar Systems financé par la NASA qui a partiellement soutenu l'étude.