Il ne s'agit que d'un éclat jaune vif dans un champ bleu taché, mais cette image de la planète lointaine 51 Eridani b fait frémir les astronomes, parce que c'est justement cela: une image. Publié cette semaine par Gemini Planet Imager, ce point de vue nous permet de regarder directement un monde jeune, à une centaine d'années-lumière de la scène Jupiter.
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Malgré d'innombrables annonces d'exoplanètes nouvelles et exotiques, y compris de nombreuses qui ressemblent beaucoup à la Terre, la grande majorité des mondes situés au-delà de notre système solaire n'a été détectée que par des moyens indirects. Toutes les idées sur leurs atmosphères, leurs surfaces et leur capacité à soutenir la vie sont, pour le moment, des spéculations éclairées.
Bruce Macintosh de l’Université de Stanford et ses collègues espèrent changer tout cela. Ils repoussent les limites de la prise de vue planétaire avec le Gemini Planet Imager (GPI), un instrument installé en 2013 sur le télescope Gemini South au Chili. En effet, voir la lumière d’une planète entière permet aux scientifiques de découvrir des indices chimiques sur sa composition et sa température, contribuant ainsi à brosser un tableau plus clair du monde extraterrestre.
"L'imagerie directe est vraiment la technique du futur", déclare Sasha Hinkley, co-auteur de l'étude, astronome à l'Université d'Exeter. "Pour comprendre ce que sont ces atmosphères, vous avez besoin de la spectroscopie. L'imagerie directe convient à cela."
Les exoplanètes d'aujourd'hui se trouvent généralement de deux manières. Lorsque la planète traverse la face de son étoile hôte telle qu'elle est vue de la Terre, elle modifie légèrement la lumière des étoiles entrante - on parle de transit. Sinon, la méthode de la vitesse radiale recherche une étoile qui vacille légèrement en réponse à l'attraction d'une planète en orbite. Ces preuves indirectes représentent la plupart des près de 2 000 exoplanètes confirmées découvertes jusqu'à présent.
Seules une douzaine d’exoplanètes ont été vues en images, et ce sont tous de très grands mondes gazeux, éloignés de leurs étoiles. Par exemple, le compagnon planétaire de GU Piscium, découvert en 2014, représente entre 9 et 13 fois la masse de Jupiter et 2 000 fois plus loin de son étoile que la Terre est loin du soleil, mettant environ 163 000 ans à compléter une orbite. Pendant ce temps, le monde controversé de Fomalhaut b se trouve sur une orbite extrêmement elliptique qui le propulse de 4, 5 milliards de kilomètres de son étoile à 27 milliards de kilomètres.
L'étoile GU Piscium et sa planète, GU Psc b, sont visibles dans une image combinée utilisant les données infrarouges et visibles du télescope Gemini South et du télescope Canada-France-Hawaii. (Observatoire Gémeaux) GPI a été conçu pour voir les planètes plus petites et plus proches de leurs étoiles. Il utilise l'optique adaptative, dans laquelle de minuscules moteurs modifient la surface du miroir du télescope jusqu'à mille fois par seconde. Les changements de forme compensent le flou qui se produit lorsque la lumière d'objets distants traverse l'atmosphère terrestre pour l'aider à repérer des cibles plus petites. L'instrument dispose également d'un coronographe, un dispositif qui bloque la lumière d'une étoile pour faciliter la visualisation des planètes à proximité.
Dans ce cas, GPI a examiné l'étoile 51 Eridani et a été en mesure de voir une planète en orbite autour de 13 unités astronomiques, soit plus de deux fois la distance entre Jupiter et notre soleil. La température de la surface de la planète est d'environ 800 degrés Fahrenheit. Il fait si chaud parce que le système stellaire n’a que 20 millions d’années et que la planète continue de briller avec la chaleur de la formation. L’équipe a également pu constater que son atmosphère était principalement constituée de méthane, tout comme celle de Jupiter.
Étudier des images de mondes tels que 51 Eridani b pourrait aider à résoudre les mystères de la formation de la planète, fait remarquer Macintosh. "A 20 millions d'années, il se souvient encore du processus", dit-il. Une grande question est de savoir si les planètes de la taille de Jupiter s’accrétent rapidement - à l’échelle de milliers d’années - ou s’il s’agit d’un processus plus lent et régulier de millions, voire de dizaines de millions d’années. Parce que Jupiter est si grand et utilise tellement de masse, déterminer comment il est devenu et comment il est typique pourrait affecter les modèles de formation des autres types de planètes.
L'imagerie directe peut donner une impression de taille, mais elle ne permet pas de juger de la masse d'une planète. Elle ne peut pas encore résoudre un problème beaucoup plus petit que notre propre Jupiter, à moins que l'étoile ne soit relativement sombre et que la planète ne soit exceptionnellement lumineuse. "Cela ne vous mènera pas à des planètes rocheuses", déclare Macintosh. "C'est pour la prochaine génération [de télescopes]."
Entre-temps, GPI et un instrument associé, le SPHERE (Spectro-Polarimetric High Exclanet Research) sur le très grand télescope au Chili, perfectionnent la technique et recherchent de nouveaux mondes prêts pour leurs gros plans.
Alors que GPI ne voit que dans l'infrarouge, SPHERE examinera également les étoiles proches pour voir s'il peut résoudre les planètes à la lumière visible, explique Julien Girard, astronome du personnel des opérations du VLT. Il ne pourra pas voir une autre Terre — c'est probablement un travail pour un télescope spatial — mais cela prouvera qu'il est possible de résoudre de telles planètes, d'autant que les technologies futures offrent un meilleur contraste dans la lumière atteignant les détecteurs du télescope, dit Girard. .
Hinkley, cependant, pense qu'il y a de bonnes chances qu'un télescope au sol de nouvelle génération sur le sol soit le premier à photographier une planète rocheuse. "Les très grands télescopes mis en ligne dans une dizaine d'années, la classe des 30 et 40 mètres, pourraient bien le faire", dit-il.
Pour en arriver à ce stade, il faudra peut-être améliorer l'optique adaptative, mais cela impliquerait également de se concentrer sur le coronographe et d'améliorer la capacité de bloquer la lumière de l'étoile, explique Ben Montet, Ph.D. candidat au Center for Astrophysics at Harvard. "Le défi ne consiste pas à imaginer ce qui est faible, mais à bloquer la chose brillante qui se trouve juste à côté", dit-il.
Alors que ces améliorations attendues sont mises en ligne, un système d'étoiles à proximité tel que Tau Ceti, similaire à notre soleil et situé à seulement 11 années-lumière de distance, serait un bon candidat pour jeter un coup d'œil. "C’est l’une des premières choses vers laquelle je tournerais mon télescope", dit Hinkley.
