Un nouvel instrument pionnier qui produit les images les plus nettes de jeunes étoiles pourrait donner aux astronomes un aperçu fascinant de l'apparence du système solaire il y a plus de 4,5 milliards d'années.

Une équipe internationale d'experts, dont le professeur Stefan Kraus de l'Université d'Exeter, mènent de nouvelles recherches sur la formation des planètes à l'aide d'un nouvel imageur infrarouge révolutionnaire.

L'imageur, appelé MIRC-X, est conçu pour donner de nouvelles perspectives sur la façon dont les planètes se forment à partir de la rotation, disques circumstellaires de poussière dense et de gaz qui existent autour des jeunes étoiles.

Alors que les télescopes conventionnels ne peuvent voir que la région externe du disque de ces étoiles naissantes, en raison de la distance qui les sépare de la Terre, le nouvel imageur peut produire des images des profondeurs des régions très intérieures.

L'équipe de recherche pense que la recherche permettra non seulement de mieux comprendre comment ces étoiles - trouvées à plusieurs centaines d'années-lumière - se forment, mais aussi de donner un aperçu de la façon dont le système solaire aurait envisagé sa formation même.

Professeur Kraus, du département de physique et d'astronomie de l'Université d'Exeter et chercheur principal de l'instrument MIRC-X a déclaré :« Le grand prix des études sur la formation des planètes est de comprendre ce qui se passe dans les régions très intérieures de ces disques, aux échelles où se trouve la Terre dans notre système solaire.

« Dans ces régions très intérieures, le disque subit une transition dramatique d'une composition poussière + gaz à un disque purement gazeux. Le fort gradient de pression dans la région pourrait conduire à un empilement de grains de poussière qui pourrait déclencher la formation de planètes rocheuses dans la région."

L'équipe de recherche, qui comprend également des experts de l'Université du Michigan (USA), a créé l'imageur MIRC-X pour fournir pour la première fois des images beaucoup plus nettes des régions très internes du disque.

L'équipe a utilisé le réseau de télescopes CHARA, situé sur le mont Wilson en Californie et exploité par la Georgia State University, pour aider à produire les images finales. Cette installation comprend six, télescopes d'un mètre répartis sur une zone de 330 mètres de diamètre. L'instrument MIRC-X combine la lumière des six télescopes en même temps, créant efficacement le pouvoir de résolution d'un télescope géant de 330 mètres.

L'exploit de combiner ces 6 télescopes CHARA a déjà été réalisé par un instrument antérieur, MIRC - construit par l'Université du Michigan - qui a agi comme le précurseur de MIRC-X.

« Nous avons obtenu des résultats marquants en astrophysique stellaire, par exemple en imageant des taches à la surface d'autres étoiles, ou la phase d'expansion de la boule de feu d'une explosion de nova, " a déclaré le professeur John Monnier de l'Université du Michigan et chercheur principal du MIRC. " Cependant, afin d'atteindre l'objectif ambitieux d'imager de jeunes étoiles, nous devions reconcevoir et reconstruire considérablement l'instrument."

L'un des aspects les plus importants de la refonte concernait la caméra utilisée pour détecter le faible signal produit en superposant la lumière des étoiles des six télescopes.

"Nous avions besoin d'une caméra avec un bruit extrêmement faible, mais en même temps aussi un frame rate très élevé afin de figer toute distorsion d'image introduite par l'atmosphère, " expliqua le professeur Kraus. " Heureusement, il y a quelques années, il y a eu une véritable percée dans la technologie des détecteurs qui a abouti à une nouvelle génération de caméras infrarouges avec 40 fois moins de bruit qu'auparavant. C'est le plus rapide du monde, faible bruit, caméra infrarouge et étrangement proche d'atteindre la limite physique fondamentale de la détection de photons uniques, ce qui en fait presque l'appareil photo "parfait" pour nos besoins."

Fin 2018, l'équipe a réalisé la « première lumière » avec le tout nouveau système MIRC-X, le moment où le nouvel instrument a capturé la lumière des étoiles pour la première fois, avec le système innovant.

"Nous avons démarré avec succès notre campagne d'observation et avons hâte d'analyser les données que nous avons enregistrées, " a déclaré le professeur Kraus, "Les images nous montreront à quoi ressemblait le système solaire il y a 4,5 milliards d'années, au moment où la Terre et les autres planètes se sont formées. "

"Chaque fois que les astronomes ont allumé une machine d'un ordre de grandeur plus capable que les générations précédentes et l'ont pointée vers le ciel, ils ont découvert de nouvelles choses passionnantes sur l'Univers, " ajouta le professeur Monnier. " J'espère qu'il en sera de même avec notre nouvel instrument.

L'équipe de l'instrument comprend des scientifiques de l'Université d'Exeter, Université du Michigan, et l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble. Le projet MIRC-X a reçu un financement du Conseil européen de la recherche et de l'Université d'Exeter et s'appuie sur un financement antérieur de la National Science Foundation des États-Unis. L'équipe remercie First Light Imaging SRS pour une collaboration fructueuse et Fujikura Europe Ltd pour avoir fourni un échantillon de leurs fibres optiques.