Imaginez essayer de voir une luciole à côté d'un projecteur lointain, où les faisceaux des projecteurs étouffent presque la faible lueur de la luciole. Ajouter du brouillard, et les deux lumières sont tamisées. La lueur de la luciole est-elle encore visible ?

Telle est la question de la Chasse aux signatures observables des systèmes terrestres, ou HTES, Sondage a été chargé de répondre, bien qu'à l'échelle cosmique. En utilisant le grand interféromètre du télescope binoculaire, ou LBTI, en Arizona, l'enquête HOSTS détermine la luminosité et la densité de la poussière chaude flottant dans les zones habitables des étoiles proches, où l'eau liquide pourrait exister à la surface d'une planète.

Cette recherche contribuera à un rapport une fois par décennie sur le domaine de l'astrophysique, produit par les Académies nationales, que la NASA utilise pour aider à tracer un cap pour les futures missions, dont certains pourraient continuer la recherche de planètes autour d'autres étoiles, connues sous le nom d'exoplanètes. Mais avant de pouvoir concevoir des télescopes pour des missions prospectives de chasse aux exoplanètes, les astronomes doivent savoir s'il y a une limite fondamentale à leur capacité à voir un minuscule, planète sombre à côté d'une étoile brillante lorsque le système est enveloppé de poussière.

"Notre résultat est qu'il n'y a pas de problème fondamental, " a déclaré Steve Ertel du Steward Observatory de l'Université de l'Arizona, scientifique des instruments pour le grand interféromètre du télescope binoculaire et auteur principal de l'article, "L'enquête HOSTS - Mesures de la poussière exo-zodiacale pour 30 étoiles, " qui est publié dans le Journal astronomique . "Maintenant, c'est un défi technique."

Une mission potentielle de recherche de planètes terrestres comprendrait probablement un télescope spatial, et l'enquête HOSTS aidera à déterminer sa taille.

"Plus il y a de poussière, plus le télescope doit être gros pour imager une planète, " a déclaré Ertel. " Il est important de savoir quelle taille de télescope est nécessaire, ainsi les coûts peuvent être minimisés."

La poussière qui orbite dans le plan de notre système solaire est connue sous le nom de "poussière zodiacale". L'enquête HOSTS a déterminé que le niveau typique de poussière zodiacale autour d'autres étoiles - appelée "poussière exo-zodiacale" - est inférieur à 15 fois la quantité trouvée dans la zone habitable de notre propre système solaire. Les étoiles avec plus que cette quantité de poussière sont de mauvaises cibles pour les futures missions d'imagerie d'exoplanètes, car les planètes seraient difficiles à voir à travers la brume. Une de ces étoiles avec un disque de poussière proéminent, appelé Epsilon Eridani, est l'une des 10 étoiles les plus proches étudiées par l'enquête HOSTS.

"C'est tout près, " dit Ertel. " C'est une étoile très semblable à notre soleil. Ce serait une très belle cible à regarder, mais nous avons compris que ce ne serait pas une bonne idée. Vous ne seriez pas en mesure de voir une planète semblable à la Terre autour d'elle."

« C'est notre meilleure supposition »

Si la poussière et les débris rendent difficile la recherche de mondes rocheux, alors pourquoi chercher des planètes dans des systèmes poussiéreux ?

"Il y a de la poussière dans notre propre système solaire, " dit Philippe Hinz, responsable de l'équipe HOSTS Survey et professeur agrégé d'astronomie à l'UA. "Nous voulons caractériser des étoiles similaires à notre propre système solaire, car c'est notre meilleure estimation de ce que d'autres systèmes planétaires pourraient avoir de la vie."

Le modèle de distribution de la poussière autour d'une étoile hôte peut également renseigner les astronomes sur les planètes potentielles d'un système stellaire. Certaines étoiles ont de larges, disques continus qui remplissent tout le système. Ceci est considéré comme un modèle standard, car la poussière se forme lors des collisions d'astéroïdes loin de l'étoile, puis s'enroule en spirale vers l'étoile de sorte qu'elle soit uniformément répartie dans tout le système.

"C'est quelque chose que nous nous attendions à voir, mais nous avons aussi vu quelques surprises, " dit Ertel.

Prends Véga, l'une des étoiles les plus brillantes du ciel nocturne. Depuis plus de 30 ans, les astronomes savent que Vega a une énorme ceinture de poussière froide loin de l'étoile, analogue à la ceinture de Kuiper de notre système solaire. L'étoile a également un disque de poussière chaude très proche d'elle.

"Nous pensions que Vega devait aussi avoir de la poussière dans la zone habitable, parce qu'il a la poussière très près et la poussière plus loin, " a déclaré Ertel. "Mais nous avons regardé la zone habitable de Vega et nous n'avons rien trouvé."

La zone habitable de Vega est dépourvue de poussière détectable, ce qui pourrait indiquer que le système a des planètes qui empêchent la poussière de s'y accumuler. Les planètes n'ont pas encore été détectées autour de Vega, mais les observations actuelles ne sont même pas assez sensibles pour détecter une planète aussi grande que Jupiter près de l'étoile, sans parler des planètes semblables à la Terre.

"Cela pourrait être une indication d'une planète que nous ne pouvons pas voir, " a déclaré Ertel. "Ce pourrait être une planète massive en dehors de la zone habitable, ou il pourrait s'agir de plusieurs planètes de la masse terrestre."

D'autres étoiles avaient des distributions de poussières différentes :rien de très loin ou de très proche, mais d'énormes quantités de brillant, poussière chaude dans leurs zones habitables. Si une étoile n'a pas d'analogue de la ceinture de Kuiper produisant de la poussière, mais il a encore un anneau de poussière chaude, il doit y avoir un autre mécanisme en jeu dans le système.

"Il pourrait y avoir des planètes géantes comme Jupiter et Saturne dans ce système, mais la ceinture d'astéroïdes de ce système a beaucoup de masse, vous avez donc beaucoup de collisions qui produisent de grandes quantités de poussière, " dit Hinz.

L'étude de ces disques de poussière fournit aux astronomes plus de pièces au puzzle de l'architecture planétaire. Alors que des études antérieures ont recherché des planètes très proches de, et très loin de, étoiles pour déterminer où les planètes sont généralement situées dans les systèmes stellaires, l'enquête HOSTS détermine comment la poussière et les ceintures d'astéroïdes apparaissent dans le système stellaire moyen.

"L'enquête est en cours, donc nous avons plus de questions que de réponses, " Hinz a dit. " Nous sommes dans les premiers jours pour essayer de comprendre comment tout cela s'emboîte. "

Méthodes de détection

La poussière exo-zodiacale a été réchauffée à température ambiante par son étoile hôte, il brille donc lorsqu'il est vu dans des longueurs d'onde infrarouges, c'est-à-dire en lumière infrarouge, émis par des objets chauffés. Cependant, à ces longueurs d'onde, les étoiles brillent 10, 000 fois plus lumineux que la poussière. Pour voir combien de poussière tourbillonnait autour de leurs 30 étoiles choisies, l'enquête HOSTS a détecté les disques de poussière à l'aide d'une technique appelée "interférométrie par annulation de Bracewell, " d'après Ronald Bracewell, l'astronome qui a suggéré le premier la méthode.

"L'interférométrie signifie 'mesurer l'interférence entre deux trains d'ondes, '", a déclaré Hinz.

Le grand télescope binoculaire, ou LBT, a la capacité unique d'effectuer cette interférométrie, car il est conçu pour que ses télescopes jumeaux puissent chacun détecter des ondes lumineuses parfaitement déphasées les unes par rapport aux autres. Lorsque les ondes sont déphasées, Ils s'annulent mutuellement, provoquant l'aplatissement de leurs sommets et de leurs creux.

"Le résultat est que vous annulez la lumière de l'étoile, " dit Hinz.

Une technique similaire a été introduite en 1998, en utilisant le télescope à miroirs multiples sur le mont Hopkins en Arizona.

"Il a fallu près de 20 ans pour affiner la technique afin qu'elle soit suffisamment précise pour qu'on puisse se débarrasser de l'étoile et suffisamment sensible pour qu'on puisse voir la lumière restante de la poussière, " dit Hinz.

Réaliser cette annulation nécessite que le LBT soit adaptable. Après que la lumière ait rebondi sur les miroirs primaires de 8 mètres du télescope, il se réfléchit sur les miroirs secondaires et dans les détecteurs. Les miroirs secondaires sont déformables afin de pouvoir corriger les distorsions de la lumière causées par les ondulations dans l'atmosphère. Pour que l'interférométrie fonctionne, ces corrections doivent être précises au centième de la largeur d'un cheveu humain.