Grâce à un instrument "deux-en-un" astucieusement conçu, attaché au télescope le plus puissant du monde, les astronomes peuvent extraire plus d'indices sur les propriétés d'étoiles ou d'exoplanètes lointaines qu'auparavant.

Développé au Leibniz-Institute for Astrophysics à Potsdam, Allemagne, le Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) a vu le jour le 1er avril 2015, après avoir été installé avec succès au Large Binocular Telescope Observatory (LBTO) en Arizona, ETATS-UNIS. Une fois que les deux polarimètres de PEPSI ont été montés dans les foyers de chacun des deux miroirs de 8,4 mètres du LBT fin septembre 2017, le télescope a été pointé sur l'étoile gamma Equ et une lumière polarisée a été reçue. A partir de ces spectres, les astronomes peuvent, par exemple, déduire la géométrie et la force des champs magnétiques à la surface des étoiles lointaines, ou étudier la lumière réfléchie par les atmosphères d'exoplanètes potentiellement habitables.

Un polarimètre sépare la lumière des étoiles selon ses plans d'oscillation. Il est complémentaire d'un spectrographe qui, comme un prisme, sépare la lumière selon ses fréquences d'oscillation (ou sa couleur). Les deux combinés, polarimètre et spectrographe, ajouté à un puissant télescope, permettre aux astronomes d'obtenir des spectres en lumière polarisée. Cela permet à son tour de caractériser le front d'onde complet de la lumière stellaire entrante et d'extraire des détails de sa physique de rayonnement qui restent autrement cachés.

Une série d'intégrations en lumière polarisée circulairement et linéairement a été obtenue lorsque le télescope a été pointé sur l'étoile de référence magnétique Gamma Equulei, ou gamma Equ, une étoile double située à environ 118 années-lumière de la Terre. Ces spectres ont une résolution spectrale de R=120, 000, cela signifie qu'ils peuvent résoudre deux longueurs d'onde à seulement cinq centièmes du diamètre d'un atome d'hydrogène. Ils couvrent simultanément deux grandes régions de longueur d'onde dans la lumière visible, et ont un rapport signal sur bruit sans précédent. Parce que les deux polarimètres pour chacun des "yeux" de LBT sont identiques et de conception modulaire, des polarisations circulaires et linéaires ont été obtenues simultanément.

Le test gamma Equ comprenait également un spectre dit nul, qui est obtenu en intervertissant la séquence d'observation dans les deux fibres. Idéalement, il donnerait une polarisation nulle et serait indépendant de la longueur d'onde. Toute polarisation résiduelle serait due à des effets instrumentaux.

"Le spectre nul pour PEPSI montre un degré de bruit de polarisation extrêmement faible causé par l'instrument, " dit son chercheur principal, Prof. Dr. Klaus Strassmeier, Directeur de la branche Recherche à l'AIP et professeur d'astronomie à l'Université de Potsdam. "Par rapport aux meilleurs spectropolarimètres actuellement disponibles sur d'autres télescopes, c'est probablement mieux d'un facteur dix." Finalement, les polarimètres PEPSI permettront des mesures du champ magnétique stellaire avec une très grande précision, " ajoute le scientifique du projet PEPSI, le Dr Ilya Ilyin.

Pour le Dr Christian Veillet, Directeur du LBTO, "Dans le club sélect du télescope de classe 8-10m, PEPSI était déjà un instrument unique, grâce à sa résolution couplée à deux miroirs de 8,4 m disponibles simultanément. L'ajout d'un polarimètre sur chacun des yeux de LBT donne à LBTO une autre capacité unique. Elle vient en complément précieux de l'interférométrie, qui donne aux deux yeux de LBT la résolution d'imagerie d'un télescope de 23 m.

L'instrument PEPSI est disponible pour tous les partenaires LBT, y compris la communauté astronomique allemande.