Les astronomes à la recherche de planètes semblables à la Terre dans d'autres systèmes solaires ont fait une percée en examinant de plus près la surface des étoiles.

Une nouvelle technique développée par une équipe internationale de chercheurs – dirigée par les astronomes de Yale Rachael Roettenbacher, Sam Cabot et Debra Fischer – utilise une combinaison de données provenant de télescopes au sol et en orbite pour faire la distinction entre les signaux lumineux provenant des étoiles et les signaux provenant des planètes en orbite autour de ces étoiles.

Une étude détaillant la découverte a été acceptée par The Astronomical Journal .

"Nos techniques rassemblent trois types différents d'observations contemporaines pour se concentrer sur la compréhension de l'étoile et à quoi ressemble sa surface", a déclaré Roettenbacher, boursier postdoctoral 51 Pegasi b à Yale et auteur principal de l'article. "À partir de l'un des ensembles de données, nous créons une carte de la surface qui nous permet de révéler plus de détails dans les données de vitesse radiale lorsque nous recherchons des signaux provenant de petites planètes.

"Cette procédure montre l'intérêt d'obtenir plusieurs types d'observations à la fois."

Pendant des décennies, les astronomes ont utilisé une méthode appelée vitesse radiale comme moyen de rechercher des exoplanètes dans d'autres systèmes solaires. La vitesse radiale fait référence au mouvement d'une étoile le long de la ligne de visée d'un observateur.

Les astronomes recherchent les variations de la vitesse d'une étoile qui pourraient être causées par l'attraction gravitationnelle d'une planète en orbite. Ces données proviennent de spectromètres, des instruments qui examinent la lumière émise par une étoile et étirent la lumière dans un spectre de fréquences pouvant être analysées.

Cependant, alors que les astronomes se sont précipités pour développer des méthodes de détection de planètes semblables à la Terre, ils se sont heurtés à une barrière qui a stoppé les progrès pendant des années. L'énergie émise par les étoiles crée un chaudron bouillant de plasma convectif qui déforme les mesures de vitesse radiale, obscurcissant les signaux des petites planètes rocheuses.

Mais une nouvelle génération d'instruments avancés s'attaque à ce problème. Ces instruments comprennent le spectrographe EXtreme PREcision (EXPRES), qui a été conçu et construit par l'équipe de Fischer à Yale, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) et le réseau de télescopes interférométriques du Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA).

Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé les données TESS pour reconstruire la surface d'Epsilon Eridani, une étoile de la constellation sud d'Eridanus visible depuis la majeure partie de la surface de la Terre. Ils ont ensuite recherché des taches stellaires, des régions plus froides à la surface d'une étoile causées par de puissants champs magnétiques.

"Avec les reconstructions, vous connaissez les emplacements et la taille des taches sur l'étoile, et vous savez également à quelle vitesse l'étoile tourne", a déclaré Cabot. "Nous avons développé une méthode qui vous indique ensuite quel type de signal vous verriez avec un spectromètre."

Les chercheurs ont ensuite comparé leurs reconstructions TESS avec les données du spectromètre EXPRES collectées simultanément à partir d'Epsilon Eridani.

"Cela nous a permis de lier directement les contributions de la signature de vitesse radiale à des caractéristiques spécifiques de la surface", a déclaré Fischer. "Les vitesses radiales des points stellaires correspondent parfaitement aux données d'EXPRESS."

Les chercheurs ont également utilisé une autre technique, appelée interférométrie, pour détecter une tache stellaire sur Epsilon Eridani, la première détection interférométrique d'une tache stellaire sur une étoile similaire au Soleil.

L'interférométrie combine des télescopes séparés pour créer un télescope beaucoup plus grand. Pour cela, les chercheurs ont utilisé le CHARA Array, le plus grand interféromètre optique au monde, situé en Californie.

Roettenbacher a déclaré qu'elle et ses collègues appliqueront leur nouvelle technique à des ensembles d'observations interférométriques afin d'imager directement toute la surface d'une étoile et de déterminer sa contribution à la vitesse radiale.

"L'imagerie interférométrique n'est pas quelque chose qui se fait pour beaucoup d'étoiles car l'étoile doit être proche et brillante. Il y a une poignée d'autres étoiles sur lesquelles nous pouvons également appliquer notre approche pionnière", a déclaré Roettenbacher.

Les anciens chercheurs de Yale, Lily Zhao, qui est maintenant au Flatiron Institute, et John Brewer, qui est maintenant à l'Université d'État de San Francisco, sont parmi les co-auteurs de l'étude.