Figure 1 :Comparaison d'images prises à partir d'existants, instrument d'installation (AO 188 + HiCIAO, à gauche) et l'instrument nouvellement mis en service (AO 188 + SCExAO, droit). Crédit :NAOJ
Un instrument astronomique du télescope Subaru à Maunakea spécialement conçu pour voir des planètes autour d'autres étoiles a été commandé avec succès et a commencé à révéler des images époustouflantes d'autres mondes après près d'une décennie de travail minutieux. "Maunakea est le meilleur endroit sur cette planète pour voir des planètes dans d'autres systèmes stellaires. Maintenant, nous avons enfin un instrument conçu pour utiliser les dons spéciaux de cette montagne et les résultats sont à couper le souffle, " s'exclame le Dr Thayne Currie, qui est l'auteur du premier document de résultats scientifiques.
Alors que les premières planètes jamais vues autour d'une autre étoile ont été imagées depuis Maunakea, ces découvertes ont été faites avec des instruments à usage général. Avec la mise en service d'un nouvel instrument au télescope Subaru appelé SCExAO (Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics, lien vers le site web de l'équipe SCExAO lien vers le site web du projet SCExAO), spécialement conçu et optimisé pour l'imagerie des planètes en utilisant une technologie expérimentale, rejoint les instruments d'AO extrêmes récemment commandés au Chili et en Arizona. Avec SCExAO, Maunakea réaffirme son rôle de leader dans la détection directe et l'exploration d'autres mondes, éventuellement ceux qui peuvent ressembler à celui de la Terre.
Jusque là, une douzaine de planètes ont été directement découvertes par des techniques d'imagerie utilisant les systèmes AO actuels. La liste comprend deux du télescope Subaru (kappa And b et GJ 504 b. Ces planètes sont 4 à 13 fois plus massives que Jupiter et situées plus loin de leur étoile hôte que Neptune ne l'est de notre Soleil.
Étant un système AO extrême, SCExAO nous permet d'imager des planètes dont les masses et les séparations orbitales ressemblent beaucoup plus à celles de notre propre système solaire en compensant mieux le flou des images dû à la turbulence de l'air sur le site du télescope. Par rapport à l'établissement, système AO polyvalent (AO188) au télescope Subaru, SCExAO est capable de compenser plus précisément la façon dont l'atmosphère brouille les images des étoiles et le fait à un rythme plus rapide. Par conséquent, SCExAO livre désormais loin, des images beaucoup plus nettes :avec un éblouissement réduit de l'étoile, image plus faible, plus de planètes semblables au système solaire deviennent possibles (Figure 1).
Données SCExAO en bande H (1,6 microns) pour le système planétaire de référence à imagerie directe HR 8799, qui héberge les premières planètes jamais imagées directement, démontre les capacités améliorées du système par rapport aux systèmes AO d'installation (Figure 2). Les planètes autour de HR 8799 sont faibles dans la bande H par rapport aux longueurs d'onde plus longues. Les systèmes d'AO des installations existantes, tels que celui des télescopes Keck ou Subaru, ont jusqu'à présent détecté deux ou trois des quatre planètes en bande H. Cependant, Les données d'ingénierie SCExAO obtenues en juillet 2016, couplées à la caméra polyvalente HiCIAO, les détectent facilement toutes les quatre et avec une bien meilleure sensibilité.
Figure 2 :Le système d'étoiles et de planètes multiples HR 8799 à 1,6 micron avec SCExAO plus la caméra HiCIAO (à gauche) et le système d'AO de l'installation Keck couplé à la caméra NIRC2 (à droite). Dans chaque cas, l'image finale est produite après avoir combiné de nombreuses expositions individuelles et utilisé un logiciel supplémentaire pour supprimer la lumière halo stellaire résiduelle. Le mouvement orbital des planètes est apparent entre ces deux images prises à part 11 ans. Crédit :NAOJ
Les données de suivi SCExAO obtenues à l'automne 2016 pour HR 8799 avec le nouveau spectrographe de champ intégral CHARIS ont permis des détections encore plus claires des trois planètes internes du système et des spectres de haute qualité qui nous permettront de diagnostiquer la composition chimique de l'atmosphère de ces planètes. Les données SCExAO/CHARIS les plus récentes (obtenues en décembre) suggèrent que le système s'est encore amélioré, à peu près aussi sensible à la détection de planètes/disques formant des planètes en une minute que les systèmes AO actuels des installations le feraient en une heure.
"Avec SCExAO, nous connaissons non seulement la présence d'une planète mais aussi son caractère tel que si elle est trouble et quelles molécules elle possède, même si cette planète est à des dizaines de milliards de kilomètres, " s'enthousiasme le chef du projet SCExAO, le Dr Olivier Guyon.
Découverte précoce de SCExAO
Après seulement quelques nuits d'avoir atteint une véritable capacité extrême d'AO, SCExAO a fait sa première découverte. En octobre dernier, SCExAO a révélé les premières images d'un disque de débris autour d'une étoile appelée HD 36546, une étoile de 2 masses solaires dans la constellation du Taureau (Figure 3). Le disque de débris apparaît presque sur le bord, est situé à environ deux fois la distance de son étoile que la ceinture de Kuiper est du Soleil, et est probablement composé de débris produits comme sous-produit de la formation de planètes glacées. En comparant le mouvement spatial de HD 36546 à celui d'autres étoiles dans des parties similaires du ciel, l'équipe a montré qu'il est probablement membre d'une jeune association d'étoiles née il y a environ 3 à 10 millions d'années. A un si jeune âge, le disque de débris autour de HD 36546 pourrait être le plus jeune disque de débris jamais photographié et est un laboratoire essentiel pour étudier les premières étapes de la formation des planètes glacées. Bien que SCExAO n'ait détecté aucune planète responsable de la sculpture de ce disque de débris, il a atteint des sensibilités de détection de planète au cours de cette première étape de son développement qui rivalisent/égalent les meilleurs systèmes d'imagerie planétaire d'autres sites qui ont été entièrement mis en service.
Le Dr Nemanja Jovanovic, qui a travaillé sur l'instrument, a déclaré :« Nous avons à peine actionné l'interrupteur « marche » pour SCExAO et avons déjà vu un nouveau système planétaire. L'avenir, qui inclut un SCExAO entièrement optimisé est extrêmement prometteur."
Figure 3 :Disque de débris détecté autour d'une jeune étoile HD 36546 en utilisant SCExAO/HiCIAO (gauche, vu presque par la tranche) et son modèle (à droite, vu de face). Dans le modèle, la lumière de l'étoile centrale est diffusée par les particules de poussière rendant visible la face avant du disque (zone verte encadrée). Crédit :NAOJ
Le document de recherche décrivant la découverte du disque HD 36546 est maintenant accepté pour publication dans le Lettres de revues astrophysiques .
Et après?
En 2017, SCExAO subira d'autres améliorations qui lui permettront d'imager des planètes encore plus faibles en orbite beaucoup plus près de leurs étoiles hôtes. L'association du SCExAO à un détecteur expérimental dont la livraison est prévue fin 2017 lui permettra à terme de découvrir des planètes 10 à 100 fois plus faibles que celles qu'il voit actuellement, y compris les planètes matures en lumière réfléchie. CHARIS poursuivra des tests d'ingénierie supplémentaires tout au long de 2017 pour améliorer ses capacités. SCExAO, combiné avec HiCIAO ou CHARIS, est disponible pour une utilisation ouverte en 2017 pour la communauté astronomique mondiale.
A plus long terme, SCExAO sur le télescope Subaru est un précurseur du type d'instruments d'imagerie des exoplanètes envisagés pour la prochaine génération de grands télescopes, en particulier le télescope de trente mètres. Le Dr Currie proclame, "SCExAO est le type d'instrument qui nous montrera un jour une autre planète qui pourrait être comme la Terre. C'est le genre de nouvelles connaissances qui font que le télescope de trente mètres en vaut la peine pour Hawaï."
