Un sommet d'un volcan endormi à Hawaï, un instrument extrêmement délicat, conçu pour aider les scientifiques à trouver des mondes lointains, est dispersé sur le sol en centaines de morceaux.

"Imaginez essayer d'assembler un de ces énormes ensembles LEGO, sauf qu'il n'y a pas de manuel d'instructions ; tu l'as déjà fait une fois, mais ensuite il fallait tout démonter et le mettre dans des petits sacs, " dit Jacob Bean, professeur agrégé d'astronomie et d'astrophysique à l'Université de Chicago. "T'as aussi 14 ans, 000 pieds, et quand l'air est si ténu qu'il altère votre jugement et votre réflexion, et donc ici, vous travaillez des équipes de 12 heures en soulevant des objets lourds, mais vous essayez également d'assembler un instrument délicat."

C'était la tâche de Bean en tant que chef d'un projet UChicago pour construire et installer un instrument innovant qui balayera le ciel à la recherche de nouvelles exoplanètes, des mondes dans d'autres systèmes solaires qui pourraient potentiellement héberger la vie. Au cours des huit dernières années, Bean et son équipe avaient conçu et construit l'instrument, appelé MARRON-X; cet été, ils l'ont finalement attaché à un télescope de l'observatoire Gemini au sommet du Mauna Kea, Hawaii.

"Cela a été six mois assez intenses pour mon équipe pour mettre en service cet instrument, " dit Bean, un expert des mondes lointains dont la recherche se concentre sur la découverte et l'examen de planètes potentiellement habitables dans d'autres systèmes solaires. "Mais au cours des 10 prochaines années, nous allons apprendre des choses sur les mondes habitables que nous n'avions jamais connues auparavant. Cela va être vraiment transformateur."

Il y a plusieurs décennies, les progrès technologiques ont permis aux scientifiques de commencer à détecter les très faibles signatures des planètes en orbite autour d'autres étoiles dans des systèmes solaires lointains. Il y a eu une explosion de découvertes; actuellement, La NASA en liste 4, 000 exoplanètes confirmées et des milliers d'autres candidates.

Cependant, nous n'avons toujours pas d'exoplanètes confirmées semblables à la Terre avec des conditions de surface habitables. Le truc avec les planètes semblables à la Terre, c'est pourquoi il faut tant de temps pour pouvoir les trouver et les caractériser, est qu'ils sont extrêmement difficiles à voir. Parce que ces planètes tournent autour d'une étoile qui est au moins un million de fois plus brillante qu'elles ne le sont, essayer de les chercher directement, c'est comme essayer de voir un éclair à côté d'un phare qui se trouve à l'autre bout du pays. Les scientifiques doivent donc trouver des moyens indirects de les trouver en fonction des effets qu'ils ont sur leurs étoiles.

MAROON-X le fait en remarquant le remorqueur gravitationnel extrêmement petit qu'une exoplanète (ou deux, ou cinq, ou sept) exerce sur son étoile en orbite autour d'elle. Ce remorqueur fait vaciller l'étoile à peine sur son orbite. Mais c'est assez de mouvement pour l'attraper.

Attaché au télescope Gemini North, MAROON-X prend toute la lumière recueillie par le télescope de 25 pieds et la concentre sur un point de la largeur d'un cheveu humain. Ensuite, il sépare cette lumière dans les différentes couleurs de l'arc-en-ciel et lit l'intensité de chaque bande. La couleur de la lumière changera légèrement au fur et à mesure que l'étoile avance ou recule. "C'est un peu comme un pistolet radar pour les étoiles, " dit Bean.

En attrapant cette oscillation, les scientifiques peuvent calculer la masse de la planète cachée (ou des planètes) tirant sur l'étoile.

La précision nécessaire pour cela, bien sûr, est incroyable. "Quand la lumière frappe notre détecteur, ce changement est plus qu'imperceptible à l'œil humain. C'est un millième de pixel. Il approche de la taille des atomes de silicium dans le détecteur, " dit Bean. " C'est une étoile qui est faible même pour les grands télescopes. Et nous pouvons dire s'il se rapproche ou s'éloigne de nous à une vitesse comparable à la vitesse de marche humaine, c'est-à-dire quelques mètres par seconde."

"Les changements que nous recherchons sont si infimes que chaque nuit avant d'observer, nous devons recalibrer l'instrument, " a déclaré le chercheur Andreas Seifahrt, qui a construit MAROON-X avec Bean.

"C'est vraiment un travail d'amour"

Bean et Seifahrt ont passé près d'une décennie à concevoir et à construire MAROON-X; c'est si précis que l'environnement doit être parfaitement contrôlé. "Même un petit changement de température ou de pression atmosphérique faussera les lectures, il est donc construit comme une poupée gigogne russe - il se trouve à l'intérieur d'une chambre à vide qui est elle-même isolée et à l'intérieur d'un réfrigérateur de plain-pied qui maintient la température stable au millième de degré, " dit Bean.

Une fois satisfaits des performances de l'instrument, puis vint le travail minutieux – et terrifiant – pour le transporter de Chicago à Hawaï. "Passer huit ans sur cet instrument, puis regarder depuis le quai de chargement le camion s'éloigner avec lui et vous ne le verrez que deux semaines plus tard au sommet d'une montagne à travers un océan - c'est assez éprouvant pour les nerfs, " a déclaré Seifahrt.

Mais les caisses avec l'équipement sont arrivées en toute sécurité à Hawaï, où Bean, Seifahrt, et les post-doctorants Julian Stürmer et David Kasper ont assemblé leur ensemble LEGO. Le 23 septembre, MAROON-X a pris ses premières lectures officielles.

L'instrument fonctionnera de concert avec le satellite Transiting Exoplanet Survey (TESS) de la NASA pour obtenir une image complète des exoplanètes candidates. TESS recherche l'atténuation de la lumière lorsqu'une planète passe devant une étoile, afin que les scientifiques puissent trouver sa taille. En combinant cela avec les données de masse de MAROON-X, vous pouvez calculer la densité d'une exoplanète, ce qui vous indique si vous regardez une planète rocheuse, comme la Terre, ou gazeux, comme Jupiter.

MAROON-X sera également capable de détecter les signatures de l'atmosphère de la planète, comme sa composition et son épaisseur.

"Long terme, nous espérons pouvoir rechercher des biosignatures, des choses qui n'existeraient que si la vie les y mettait, " dit Bean. " Par exemple, dans l'atmosphère terrestre, nous n'avons que de l'oxygène parce qu'il a été mis là par les plantes. C'est un puzzle avec beaucoup de pièces différentes."

Au fur et à mesure qu'ils recueillent de nouvelles données, Bean s'attend à travailler avec des collègues d'UCicago, y compris les experts en composition planétaire Leslie Rogers, Dorian Abbott et Edwin Kite, et le chasseur d'exoplanètes Daniel Fabrycky, pour transformer les lectures en prédictions sur les exoplanètes lointaines. Bientôt, trop, Le télescope spatial James Webb de la NASA sera lancé en tant que successeur de Hubble, apportant encore plus de capacités d'imagerie à la question.

En plus de Bean, Seifahrt, Stürmer, et Kasper, plusieurs générations d'étudiants de premier cycle UChicago, des étudiants diplômés et des chercheurs postdoctoraux ont travaillé sur MAROON-X. "C'est vraiment un travail d'amour pour mon équipe, " Bean a dit, "Et maintenant c'est enfin réel. C'est une période très excitante."

Seifahrt est d'accord :"Réussir cela avec une si petite équipe et un budget limité est vraiment un exploit. Avec le recul, c'était un peu insensé à faire, mais nous pensons que ce sera vraiment un instrument précurseur."