Imagerie directe et caractérisation d'exoplanètes

Aperçu

La détection directe d’exoplanètes est nécessaire pour déterminer leurs caractéristiques, comme leur constitution atmosphérique, et comprendre leur mécanisme de formation.

Le cadre scientifique

Les exoplanètes connues, plus de 5000, présentent une grande diversité de caractéristiques physiques qui trouve son origine dans l’histoire de leur formation et de leur évolution. La compréhension de ces systèmes planétaires dans leur ensemble nécessite d’étudier tous ces types de planètes. Dans la quête ultime de l’habitabilité des planètes autres que la Terre, l’analyse de leur atmosphère est fondamentale pour sonder leur composition. De ce point de vue, la connaissance des planètes géantes depuis leur stade de formation est une étape importante puisqu’elles impactent fortement l’évolution des plus petites planètes propices à l’apparition de la vie. Les planètes sont d’autant moins lumineuses qu’elles sont petites et dans un stade d’évolution avancé. Pour atteindre ces objectifs ambitieux qui nécessitent des contrastes de quelques millions, pour les planètes géantes jeunes, à quelques milliards pour les planètes telluriques matures, il faut donc développer une instrumentation astronomique de rupture par rapport aux instruments existants.

Les futurs instruments

Le projet consiste à développer des briques technologiques pour les observatoires au sol : pour le Very Large Telescope (VLT, 4 télescopes de 8 mètres de diamètre), le VLTI (recombinaison interférométrique de ces 4 télescopes) et le télescope extrêmement grand (ELT, télescope de 39 mètres de diamètre prévu pour 2030), tous installés au Chili, et sous la responsabilité de l’Observatoire Européen Austral (ESO). Ces briques concernent les domaines de l’optique adaptative, de l’interférométrie et de la spectroscopie. Bien que l’objectif à long terme soit d’équiper l’ELT d’un instrument capable d’observer des exoplanètes telluriques et de sonder leur atmosphère, une première phase permettra la préparation des techniques de base sur les télescopes existants (VLT et VLTI). Plusieurs retombées sont attendues dans des domaines en dehors de l’astrophysique comme la métrologie, les communications optiques, l’imagerie biomédicale, le contrôle temps réel des systèmes embarqués ou encore la surveillance des gaz à effets de serre.

Les concepts étudiés

Le projet « Origins » propose d’étudier cinq techniques nécessaires à l’observation et l’étude des exoplanètes à l’horizon 2030 :

L’analyse de surface d’onde pour mesurer précisément les aberrations dont certaines évoluent très rapidement ;
La fabrication de nouveaux types de miroirs déformables légers, hybrides et très rapides basés sur la fabrication de membranes de silicium autoportantes et des actionneurs en polymère électroactif (EAP) imprimés en 3D ;
La conception de calculateurs temps réel à base de GPU pour appliquer les corrections sur les miroirs déformables ;
La comparaison de plusieurs types de spectrographes imageurs compacts à fibres monomodes et à haute résolution spectrale ;
La réalisation de composants photoniques pour améliorer significativement la recombinaison interférométrique du VLTI.