Un coronographe à vortex permet de surprendre les planète en pleine formation
Les jeunes étoiles sont souvent entourées d’un anneau de poussières et de gaz en rotation qu’on appelle disque protoplanétaire. Il arrive que la matière contenue dans ce disque s’agglutine, ce qui indique qu’une planète est en train de se former. C’est la combinaison d’un équipement d’imagerie à contraste élevé installé dans le télescope Keck II et de techniques sophistiquées en traitement d’images qui a permis à une équipe de chercheurs belges et suédois de prendre des images directes de la matière accumulée autour de l’étoile MWC 758. Il s’agit là d’un exploit qu’on considérait depuis longtemps comme crucial dans la quête de planètes orbitant relativement près de leur étoile, tout comme la nôtre.
Une flopée d’exoplanètes
L’étude des exoplanètes a donné lieu à des découvertes remarquables au cours des deux dernières décennies. Il existe plus de 3 000 exoplanètes confirmées, mais l’écrasante majorité de ces découvertes ont été effectuées grâce à des techniques d’imagerie indirecte. Il peut s’agir soit d’une mesure de la variation de la longueur d’onde de la lumière émise par l’étoile, causée par la gravité de la planète en orbite, soit de l’affaiblissement de la luminosité de l’étoile lorsque la planète passe devant. En obtenir des images directes s’est avéré techniquement difficile: plus d’un million de fois plus pâles, vues de la Terre les exoplanètes se perdent dans l’éclat de leur étoile hôte. Bien que les grands télescopes du monde entier aient récemment commencé à utiliser des techniques d’imagerie à contraste élevé, la technologie actuelle de coronographie ne peut détecter que les planètes «solitaires» qui gravitent à une grande distance de leur étoile. La période orbitale est supérieure à 20 ans. Par comparaison, toutes les planètes telluriques de notre système solaire orbitent autour du Soleil en moins de deux ans.
Porter un regard plus attentif sur les planètes semblables à la Terre
Le projet Vortex, financé par l’UE, a été le premier à mettre au point de nouveaux instruments de coronographie à vortex, qui mettent le monde des planètes à courte période à portée des astronomes. Des instruments sophistiqués permettent d’obtenir des images, avec un contraste élevé, de systèmes planétaires où la distance angulaire séparant la planète de son étoile est minuscule. «Comme les jeunes étoiles ne sont pas proches de notre système solaire, nous devons regarder plus loin dans la galaxie, où les étoiles et les planètes nous apparaissent plus rapprochées. Notre technologie de coronographie à vortex est capable d’étudier les étoiles lointaines pour y chercher des planètes, ce qui s’avère important pour trouver des planètes encore en formation», note le Dr Olivier Absil, coordinateur du projet. Le secret du succès du projet, c’est d’avoir amélioré le procédé de fabrication existant pour le masque de phase vortex. Cette partie du coronographe à vortex redirige la lumière loin des détecteurs en combinant les ondes lumineuses et en les faisant s’annuler. Les masques de phase vortex sont constitués de microstructures concentriques qui forcent les ondes lumineuses des étoiles à tourbillonner autour du centre du masque, créant ainsi ce qu’on appelle la singularité du vortex. Les chercheurs ont gravé ces microstructures concentriques dans un diamant. «Nos masques de phase vortex peuvent annuler la lumière stellaire avec un facteur d’annulation supérieur à 1 000, ce qui correspond au taux de rejet le plus élevé jamais mesuré», indique le Dr Absil. Les chercheurs se sont appuyés sur leurs travaux fructueux pour entraîner un système d’apprentissage automatique pour qu’il sache ce qu’il faut rechercher dans les données. L’objectif consistait à discerner les exoplanètes réelles de la lumière stellaire résiduelle. C’est la toute première fois que des chercheurs appliquent une technique d’apprentissage automatique pour chasser les exoplanètes. Les résultats obtenus jusqu’à présent montrent qu’elle surpasse les autres techniques de traitement de données. Jusqu’aux années 1990, les théories sur la formation des planètes étaient basées sur notre système solaire. «Nous comprenons maintenant qu’il existe une grande variété de systèmes planétaires et que notre système solaire ne doit donc pas être considéré comme un archétype absolu», conclut le Dr Absil.
Mots‑clés
Vortex, exoplanète, coronographe à vortex, masque de phase vortex, imagerie à contraste élevé, apprentissage machine, MWC 758, observatoire Keck