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Les compétences de la HEIG-VD au service de la quête de vie extraterrestre
Cette interrogation n’a pas surgi seule. Il fallait tout d’abord que nous soyons capables d’imaginer qu’il puisse exister d’autres mondes, ce qui n’a été possible qu’après avoir réalisé que le nôtre n’était qu’une boule de roche, avec un peu d’eau et de gaz, tournant autour d’un soleil identique à des milliards d’autres.
Dès cette prise de conscience, l’idée de l’existence possible de planètes autour des étoiles et de la présence de la vie sur ces dernières, a pris corps. Le philosophe dominicain Giordanno Bruno affirma avec véhémence la pluralité des mondes habités, ce qui lui coûta la vie, en 1600, à Rome. Ce n’est que 395 ans plus tard que deux astronomes suisses, Michel Mayor et Didier Queloz, lui donnèrent raison, du moins concernant la présence de planètes autour d’autres soleils. La découverte de cette première exoplanète, 51 Pegasus b, valait d’ailleurs bien un prix Nobel !
La méthode de détection utilisée par Mayor et Queloz n’est pas basée sur l’acquisition d’une image mais sur la mesure de la vitesse de déplacement apparente d’une étoile, dont le mouvement est perturbé par ses planètes hôtes (voir la méthode dites des vitesses radiales dans la littérature). Cette méthode permet de déterminer la période de révolution de l’exoplanète ainsi que le rayon de son orbite. Cependant, ce qui intéresse surtout les scientifiques, c’est de connaître la nature et la composition chimique de l’atmosphère de l’exoplanète, afin de déterminer si celle-ci peut être favorable à la vie. Ceci ne peut se faire que par l’analyse spectroscopique, technique consistant à détecter, dans la lumière émise par l’exoplanète, l’absence ou la présence de certaines couleurs que le scientifique saura interpréter en termes de présence de tel type de molécules ou de gaz.
Les coronographes stellaires
Pour réaliser l’analyse spectroscopique d’une exoplanète, il faut capturer sa lumière directe. Or le rapport entre la luminosité d’une planète et de celle de son étoile est de l’ordre d’un sur mille pour les planètes les plus brillantes à un sur dix milliards pour les planètes de type terrestre. De plus, les étoiles sont loin, vraiment très loin : si nous réduisions notre soleil à la dimension d’une sphère de 10 cm de diamètre, la Terre serait alors une bille de 1 mm de diamètre, placée à 10 m, et Alpha du Centaure, l’étoile de type solaire la plus proche de nous, se trouverait à 3000 km. Le problème, c’est que la résolution angulaire des télescopes et la sensibilité des capteurs d’image actuels sont largement insuffisantes pour bien séparer la lumière provenant de la planète de celle de son soleil : les rares photons provenant de la planète sont complètement noyés dans ceux de l’étoile. Pour distinguer la planète, il faudrait pouvoir éteindre la lumière de l’étoile… Et c’est à peu près ce que les astronomes font.
L’idée consiste à placer un masque sur l’image de l’étoile centrale, dans le plan focal du télescope et de choisir le diamètre du masque pour que la lumière de l’exoplanète ne soit pas, ou peu, affectée. Ensuite, il faut ré-imager ce plan sur un détecteur, plus loin dans le télescope, afin d’éliminer efficacement la lumière de l’étoile, (bien entendu le système est un peu plus complexe que cela, mais globalement, on comprendra l’idée). Est alors visible une image un peu étrange, avec une zone centrale sombre (l’ombre du masque) et des points lumineux autour. Parmi ces points, la majorité résulte de défauts optiques minimes et le reste peut consister en des planètes ou un disque protoplanétaire, ou les deux à la fois.
La HEIG-VD et l’Université de Berne, ensemble pour la recherche d’exoplanètes
A la HEIG-VD, notre groupe d’optique (OptoLab.iAi) travaille depuis 2014 avec les astronomes de l’Université Atatürk (Turquie) au développement d’un nouvel observatoire, l’Observatoire de l’Est Anatolien (l’acronyme turc est « DAG »). Il s’agit d’un télescope de quatre mètres de diamètre, dont nous avons conçu les plans optiques. Le télescope été construit par un consortium d’industries en Belgique (AMOS) et en Italie (EIE).
Dans le cadre du projet DAG, nous intervenons aussi sur deux autres sous-systèmes : d’une part la correction des effets de la turbulence atmosphérique sur la dégradation des images stellaires à l’aide d’un système dit d’optique « adaptative » et d’autre part, un système optique de compensation de la rotation du faisceau, propre à la combinaison optique du DAG. Or, dans ces conditions, il devient possible d’envisager des observations à très haute résolution angulaire. L’observatoire DAG a de fait adopté notre proposition de placer un coronographe stellaire à la suite du système d’optique adaptative, pour le dédier à la recherche d’exoplanètes.
Depuis le mois de décembre 2020, l’aventure du coronographe PLACID a commencé, en collaboration avec l’Institut de Physique de l’Université de Berne. La tâche du consortium est de fournir, d’ici décembre 2022, un coronographe pour le télescope DAG. Le Dr Jonas Kühn (chercheur à l’Université de Berne), a proposé d’appliquer un concept de son invention qui permettra de détecter des systèmes planétaires autour de soleils multiples car, au contraire des masques coronographiques classiques, le sien est un masque programmable basé sur un écran à cristaux liquides, ce qui permet d’éteindre la lumière n’importe où dans le plan image du télescope. Il devient alors possible de faire ce que l’on veut avec la lumière reçue : corriger les aberrations optiques, accentuer le contraste dans telle ou telle région de l’image et bien d’autres choses encore.
Bien que le télescope DAG soit de dimension relativement modeste en comparaison du futur téléscope européen géant de 39 mètres de diamètre, l’instrument PLACID permettra de défricher un terrain encore vierge, celui des coronographes adaptatifs qui seront certainement installés sur les géants du futur. Les projets PLACID et le DAG sont donc des pionniers de l’instrumentation astrophysique de pointe et notre Haute Ecole participe pleinement à cette extraordinaire aventure.
PLACID sera installé début 2023 sur le télescope. Suivra une période de mise au point, de réglages et de tests, qui nécessitera 6 mois environ. Si tout se passe comme prévu, rendez-vous en été 2023 pour les premières découvertes.
Contact :
Laurent Jolissaint
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