Une équipe d'astronomes dirigée par des chercheurs de Penn State a développé des diffuseurs de mise en forme de faisceau – de petits morceaux de verre gravé pouvant être montés sur des télescopes – qui augmentent la qualité des observations photométriques au sol. L'équipe de recherche a testé les diffuseurs sur le télescope ARC 3,5 m à l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique (à gauche), le télescope Hale de 5 m à l'observatoire Palomar (au milieu), et le télescope de 0,6 m de l'observatoire Davey Lab à Penn State (à droite). Crédit :Gudmundur Stefansson; au milieu :Observatoire Caltech/Palomar.
Un nouveau, La fixation à faible coût aux télescopes permet une précision auparavant impossible à atteindre dans les observations au sol des exoplanètes, des planètes situées au-delà de notre système solaire. Avec la nouvelle pièce jointe, les télescopes au sol peuvent produire des mesures d'intensité lumineuse qui rivalisent avec les observations photométriques de la plus haute qualité depuis l'espace. les astronomes de l'État de Penn, en étroite collaboration avec les laboratoires de nanofabrication de RPC Photonics à Rochester, New York, ont créé des diffuseurs personnalisés de « façonnage du faisceau »—des dispositifs micro-optiques soigneusement structurés qui diffusent la lumière entrante sur une image—qui sont capables de minimiser les distorsions de l'atmosphère terrestre qui peuvent réduire la précision des observations au sol. Un article décrivant l'efficacité des diffuseurs paraît en ligne le 5 octobre 2017, dans le Journal d'astrophysique .
"Cette technologie peu coûteuse offre une haute précision photométrique dans les observations des exoplanètes lorsqu'elles transitent - se croisent devant - les étoiles brillantes qu'elles orbitent, " a déclaré Gudmundur Stefansson, étudiant diplômé à Penn State, Chercheur en sciences de la Terre et de l'espace de la NASA, et auteur principal de l'article. « Cette technologie est particulièrement pertinente compte tenu du lancement imminent du satellite Transiting Exoplanet Survey (TESS) de la NASA au début de 2018. Il appartient aux installations au sol de suivre rapidement et de manière fiable les planètes candidates identifiées par TESS.
Les diffuseurs sont de petits morceaux de verre qui peuvent être facilement adaptés pour être montés sur une variété de télescopes. En raison de leur faible coût et de leur adaptabilité, Stefansson pense que la photométrie assistée par diffuseur permettra aux astronomes de tirer le meilleur parti des informations de TESS, confirmer de nouvelles planètes candidates depuis le sol.
"Les diffuseurs de mise en forme de faisceaux sont fabriqués à l'aide d'un processus de nanofabrication précis, " a déclaré Suvrath Mahadevan, professeur agrégé d'astronomie et d'astrophysique à Penn State et auteur de l'article, "où un motif de surface soigneusement conçu est écrit avec précision sur un polymère plastique sur une surface de verre ou directement gravé sur le verre lui-même. Le motif se compose de structures à micro-échelle précises, conçu pour mouler l'entrée de lumière variable des étoiles en une forme de sortie large et stable prédéfinie répartie sur de nombreux pixels sur la caméra du télescope."
À gauche :la lumière d'un pointeur laser est transformée en une sortie large et stable à l'aide d'un diffuseur de mise en forme de faisceau. Un motif soigneusement conçu est moulé avec précision dans des polymères plastiques ou directement dans un substrat de verre, créant des micro-structures à la surface du diffuseur (encart). À droite :le diffuseur installé sur le télescope ARC 3,5 m à l'observatoire Apache Point. Crédit :RPC Photonics; à droite :Gudmundur Stefansson
L'équipe de recherche a testé la nouvelle technologie de diffuseur "sur le ciel" sur le télescope Hale de l'observatoire Palomar en Californie, le télescope de 0,6 m de l'observatoire Davey Lab à Penn State, et le télescope ARC 3,5 m à l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique. Dans tous les cas, les images produites avec un diffuseur étaient systématiquement plus stables que celles utilisant des méthodes conventionnelles - elles maintenaient une taille relativement cohérente, forme, et l'intensité, qui fait partie intégrante de la réalisation de mesures très précises. L'utilisation d'un télescope focalisé sans diffuseur produisait des images dont la taille et l'intensité fluctuaient. Une méthode courante de "défocalisation" du télescope - en prenant délibérément l'image floue pour étaler la lumière - a donné une précision photométrique plus élevée que les observations focalisées, mais créait toujours des images dont la taille et l'intensité fluctuaient.
"Les observations diffuses sont de loin les plus stables", dit Ming Zhao, scientifique des données au New York Times et ancien associé de recherche à Penn State qui a dirigé l'effort de diffusion du télescope Hale de 5 m à Palomar.
En façonnant la sortie de la lumière, le diffuseur permet aux astronomes de surmonter le bruit créé par l'atmosphère terrestre. "Les images stables et fluides délivrées par les diffuseurs sont essentielles pour minimiser les effets néfastes de l'atmosphère turbulente sur nos mesures, et en maximisant notre précision, " dit Zhao.
"Cette technologie fonctionne sur une large gamme de longueurs d'onde, de l'optique - visible par l'homme - au proche infrarouge, " a déclaré Jason Wright, professeur agrégé d'astronomie et d'astrophysique à Penn State et auteur de l'article. "En tant que tel, Les diffuseurs peuvent être utilisés pour un large éventail de sciences des exoplanètes. Nous pouvons les utiliser pour mesurer avec précision les temps où les mondes exoplanétaires transitent par leurs étoiles, qui nous aidera à mesurer leurs masses et compositions, et même trouver de nouvelles planètes dans leurs systèmes ; et nous pouvons les utiliser pour étudier les structures de température des atmosphères des planètes géantes."
L'équipe de recherche établit déjà des collaborations pour mettre en œuvre cette technologie sur d'autres télescopes dans le monde. "Notre objectif est d'équiper la communauté des exoplanètes au sens large avec des outils de précision à faible coût pour fournir des mesures précises pour aider les futures observations dans la science des exoplanètes, " a déclaré Stefansson.
