Des chercheurs dirigés par des scientifiques de Princeton ont exploité avec succès un nouvel instrument, le spectrographe CHARIS, ce qui leur permet de faire des observations détaillées de planètes en orbite autour d'étoiles lointaines. Dessus, un graphique de données de CHARIS montre des planètes situées autour d'une étoile dans le système planétaire HR8799. Crédit :N. Jeremy Kasdin et l'équipe de recherche
Une équipe de scientifiques et d'ingénieurs dirigée par des chercheurs de Princeton a récemment signalé le fonctionnement réussi d'un nouvel instrument pour le télescope Subaru à Hawaï qui permettra aux astronomes de faire des observations directes de planètes en orbite autour d'étoiles proches.
L'instrument, surnommé CHARIS, a été conçu et construit par une équipe dirigée par N. Jeremy Kasdin, professeur de génie mécanique et aérospatial. Il permet aux astronomes d'isoler la lumière réfléchie par des planètes plus grandes que Jupiter, puis d'analyser la lumière pour déterminer les détails de la taille des planètes, l'âge et les constituants atmosphériques. L'observation récente est connue dans la communauté astronomique comme une "première lumière, " un premier essai sur le terrain de l'instrument sur le télescope qui démontre qu'il fonctionne avec succès.
"Nous n'aurions pas pu être plus satisfaits des résultats, " a déclaré Kasdin. " CHARIS a dépassé toutes nos attentes. Je ne taris pas d'éloges sur notre équipe pour son travail extrêmement acharné et son dévouement qui ont fait de CHARIS un succès. Il est en bonne voie pour être disponible pour des observations scientifiques à partir de février 2017. »
CHARIS, un acronyme pour le spectrographe d'imagerie à haute résolution angulaire coronagraphique, fait partie d'un effort majeur en astronomie pour trouver et analyser des planètes en orbite autour d'étoiles lointaines, connues sous le nom d'exoplanètes. Depuis la première découverte d'une exoplanète en 1995, les chercheurs ont découvert plus de 1, 000 de ces planètes, une grande majorité provenant de l'observatoire spatial Kepler de la NASA. Presque toutes ces découvertes reposaient sur l'utilisation de changements infimes de la lumière stellaire pour identifier la présence de planètes; par conséquent, ces observations ne peuvent pas dire grand-chose aux scientifiques sur les planètes elles-mêmes.
Des projets plus récents ont démontré la capacité de capturer la lumière réfléchie par une planète et de la séparer de la lumière qui brille directement de son étoile mère. Ces efforts permettent aux scientifiques d'examiner la lumière et de déterminer la composition chimique de l'atmosphère de la planète de la même manière que les chimistes utilisent le spectre de la lumière (la longueur d'onde ou les couleurs de la lumière) pour analyser la composition des matériaux dans un laboratoire. Le projet CHARIS fait partie de cet effort. Actuellement, CHARIS est le seul spectrographe dédié à la recherche d'exoplanètes sur un télescope de classe 8 mètres dans l'hémisphère Nord.
"CHARIS est un ajout clé aux capacités croissantes d'imagerie et de caractérisation des exoplanètes du télescope Subaru, " a déclaré Olivier Guyon, le chef du programme d'optique adaptative chez Subaru et membre du corps professoral de l'Université de l'Arizona. « Avec les spectres CHARIS, nous pouvons désormais faire bien plus que simplement détecter des planètes :nous pouvons mesurer leurs températures et la composition de leur atmosphère. »
Le projet CHARIS fait partie d'une collaboration à long terme entre Princeton, l'Université de Tokyo et l'Observatoire national d'astronomie du Japon, qui exploite le télescope Subaru au Mauna Kea, Hawaii. L'instrument CHARIS a été conçu et construit à Princeton sous la direction de Tyler Groff, un ancien doctorant et chercheur associé travaillant avec Kasdin, qui travaille maintenant pour le Goddard Space Flight Center de la NASA.
Les chercheurs ont utilisé le spectrographe CHARIS pour prendre des images d'objets célestes lors d'un récent essai sur le terrain réussi, y compris les nuages de vapeur se déplaçant à travers une section de la planète Neptune capturée dans la vue de l'instrument. Crédit :N. Jeremy Kasdin et l'équipe de recherche
"En analysant le spectre d'une planète, nous pouvons vraiment comprendre beaucoup de choses sur la planète, " a déclaré Groff. " Vous pouvez voir des caractéristiques spécifiques qui peuvent vous permettre de comprendre la masse, la température, l'âge de la planète."
Le spectrographe est scellé dans un boîtier de 500 livres mesurant 30 pouces sur 30 pouces sur 12 pouces et fonctionne à une température de 50 degrés Kelvin (-370 degrés Fahrenheit). L'ensemble comprend neuf miroirs, cinq filtres, deux ensembles de prismes et un réseau de microlentilles - un dispositif optique spécial avec un réseau de minuscules lentilles gravées dans sa surface. L'équipe de recherche a mis cinq ans pour terminer CHARIS.
Le spectrographe se trouve derrière un appareil appelé coronographe, qui canalise la lumière du télescope et utilise des motifs d'interférence pour séparer la lumière provenant directement d'une étoile de la lumière réfléchie par les planètes en orbite. C'est un peu comme repérer la lumière réfléchie par un grain de guirlande flottant devant un projecteur à des centaines de kilomètres. Les chercheurs ont déclaré que le contraste élevé de l'image est la clé d'une observation réussie. Le télescope Subaru y parvient grâce à une combinaison de l'instrument CHARIS et de l'optique adaptative appelée Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics. Nemanja Jovanovic, qui fait partie de l'équipe de Guyon chez Subaru, a mené les efforts pour intégrer les deux systèmes.
CHARIS a un champ de vision relativement étroit. Groff a déclaré qu'il observe environ 2 secondes d'arc du ciel. (La pleine lune vue de la Terre est d'environ 1, 800 secondes d'arc.) Mais il a la capacité de prendre des images sur une très large bande de longueurs d'onde de la lumière, permettant une analyse détaillée de tout dans son domaine.
"Nous avons testé CHARIS sur Neptune, mais la planète entière ne rentre même pas sur notre détecteur, " dit Groff. Cependant, le champ de vision du spectrographe est si détaillé que les chercheurs ont pu faire des observations intéressantes de nuages flottant à la surface de la planète.
Le projet CHARIS a été l'œuvre d'une grande équipe de chercheurs. Kasdin et Masahiko Hayashi, de l'Observatoire astronomique national du Japon, sont les principaux enquêteurs. En plus de Groff, les autres membres de l'équipe comprenaient :Michael Galvin, Michael Carr, Craig Loomis, Norman Jarosik, Johnny Gréco, Robert Lupton, Edwin Turner, James Gunn et Gillian Knapp de Princeton; Mary Anne Limbach de Limbach Optics; Nemanja Johanovic, du télescope Subaru; Timothy Brandt de l'Institute for Advanced Study; et Jeffrey Chilcote de l'Université de Toronto.
Groff a déclaré que le projet a suscité un grand intérêt dans la communauté astronomique et que les principaux chercheurs examinent actuellement les propositions de recherche.
"Il y a beaucoup d'excitation, " a-t-il dit. " CHARIS va ouvrir ses portes pour la science en février à tout le monde. "
