Renforcer notre capacité à analyser l’atmosphère des exoplanètes
Les exoplanètes sont situées en dehors de notre système solaire. L’une des méthodes qu’utilisent les scientifiques pour étudier ces planètes lointaines, telles que les géantes gazeuses, consiste à mesurer la composition de leur atmosphère. La composition atmosphérique peut révéler de nombreuses propriétés fondamentales des exoplanètes, notamment les mécanismes de leur formation et leur structure interne. Bien que des imageurs d’exoplanètes à la pointe de la technologie aient été développés, ils affichent une très faible résolution spectrale, ce qui limite leur capacité à fournir des informations atmosphériques très détaillées. «Les données de faible résolution spectrale suffisent à révéler la température et la gravité de ces objets, et la présence de larges bandes d’absorption nous renseigne sur les molécules dominantes», explique Arthur Vigan, chercheur en astrophysique et instrumentation au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille en France et coordinateur du projet HiRISE. «Il est toutefois impossible de mesurer des quantités très spécifiques telles que le rapport carbone/oxygène, qui pourraient nous fournir des indications sur l’origine et la formation de la planète dans le disque de gaz et de poussière entourant l’étoile primordiale», ajoute Arthur Vigan. «La vitesse orbitale des planètes et leur taux de rotation, qui sont également d’un intérêt particulier pour comprendre ces objets et leurs systèmes planétaires, ne peuvent non plus pas être mesurés», ajoute-t-il. Dans le cadre du projet HiRISE, financé par le Conseil européen de la recherche, Arthur Vigan et ses collègues ont conçu un nouvel instrument «démonstrateur» qui combine les capacités de deux instruments installés sur le Très Grand Télescope de l’ESO (VLT) au Chili. Grâce à sa meilleure résolution spectrale, ce démonstrateur devrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre la formation, la composition et l’évolution des jeunes exoplanètes.
Combiner plusieurs outils avancés pour recueillir les signaux des exoplanètes
Le démonstrateur, HiRISE, combine l’imageur d’exoplanètes SPHERE avec le spectrographe à haute résolution CRIRES, en utilisant des fibres optiques qui transmettent le signal d’une planète connue de l’imageur au spectrographe. «Il s’agit d’une innovation dans la mesure où avant HiRISE, et son équivalent américain KPIC, personne n’avait vraiment imaginé faire de la spectroscopie à haute résolution directement sur ces compagnons planétaires», explique Arthur Vigan. Pour développer le démonstrateur, l’équipe a commencé par des simulations de bout en bout afin d’en évaluer la faisabilité, tout en développant une partie optomécanique pour l’instrument. «La difficulté résidait dans le fait que notre instrument nécessitait de nouveaux modules pour les instruments SPHERE et CRIRES, et que nous devions également acheminer 80 mètres de fibre autour du télescope», explique Arthur Vigan. Une fois satisfaite de la conception, l’équipe l’a assemblée et testée dans le laboratoire de Marseille. Il a été installé au VLT en juin 2023, et les premiers tests vers le ciel ont eu lieu le même mois.
Un instrument étranger performant
«Le projet peut être considéré comme un énorme succès», fait remarquer Arthur Vigan. «L’installation réussie d’un nouvel instrument tel que HiRISE sur le VLT avec les ressources limitées dont nous disposions constitue une réussite de taille.» HiRISE est le premier instrument ajouté au VLT depuis 15 ans. Il y restera au moins jusqu’en 2027.
Mieux comprendre l’atmosphère des nouvelles exoplanètes
Les tests vers le ciel ont démontré d’excellentes performances et l’équipe aborde à présent une nouvelle phase d’exploitation scientifique. En novembre 2023, l’équipe d’HiRISE a entamé une nouvelle étude dédiée à la composition et aux orbites des exoplanètes, et à la recherche d’exomons. «Nous avons déjà observé cinq exoplanètes, et des découvertes passionnantes se profilent», déclare Arthur Vigan. «Nous avons prévu des nuits supplémentaires en 2024. J’espère que nous obtiendrons de nombreux résultats au cours des prochaines années.»
Mots‑clés
HiRISE, exoplanètes, atmosphère, composition, instrument, signaux, Très grand télescope
