L’optique du futur pour la détection directe des exoplanètes

Aperçu

Développer la prochaine génération de recombineurs pour l’interférométrie à haut-contraste à base d’optique intégrée.

Frantz MARTINACHE, MdC Observatoire de la Cote d’Azur

Elsa HUBY, Astronome Adjointe, Observatoire de Paris

Sylvestre LACOUR, CNRS, LESIA

Jean-Philippe BERGER, IPAG

Guillermo MARTIN, IPAG

Notre projet PHOTONICS a pour but de contribuer au développement de solutions optiques exploitant la technologie de l’optique intégrée pour le design de recombineurs interférométriques mono-modes. Une propriété unique de ces recombineurs est qu’avec une simple modification de ses interface, un mêmes composant peut être exploité dans une grande variété de contextes: au foyer d’un unique télescope conventionnel comme au foyer commun d’un interféromètre à très grande base, qu’il se trouve au sol ou dans l’espace. Cette propriété permet la mise au point d’un plan commun de développement de la technologie, exploitant diverses plate-formes photoniques dans des applications partageant un même but: dépasser les contraintes observationnelles d’aujourd’hui et conduire à la détection et à la caractérisation de planètes habitables.

Les différentes options que nous proposons d’explorer au cours de ce projet vont: augmenter l’efficacité du couplage optique avec les télescopes, ce qui est essentiel à la détection de faibles signaux planétaires; permettre la recombinaison simultanée d’un grand nombre de faisceaux, ce qui va produire une information riche, poussant les limites de détection vers des objets de plus faible masse; intégrer de la robustesse aux perturbations environnementales; et couvrir un grand nombre de bandes spectrales, allant du visible à l’infrarouge moyen. Lorsqu’elles seront mises en oeuvre sur des observatoires déjà en service ou en cours de construction, ces recombineurs interférométriques à base d’optique intégrée ouvriront l’accès à de nouvelles régions actuellement inaccessibles, de l’espace des paramètres décrivant les planètes extrasolaires.

A court terme, les prototypes développés dans le cadre de ce projet pourront s’intégrer à des instruments au foyer des grands télescopes (le VLT, le Subaru Telescope, l’ELT) et interféromètres optiques (le VLTI et CHARA) au sol. L’optique intégrée étant particulièrement intéressante pour des applications embarquées, notre projet offre également un cadre de maturation pour rendre cette technologie compatible avec les futurs grands observatoires spatiaux: le projet d’interféromètre spatial LIFE et le projet de grand télescope optique HWO, ces deux projets étant fortement motivés par le cas scientifique des exoplanètes.

Notre projet est le fruit d’un partenariat impliquant non seulement les 3 laboratoires composant le consortium mais incluant également 3 partenaires académiques (l’ESO, le Subaru Telescope, l’Université Catholique de Louvain) et 5 partenaires industriels (le CEA LETI, Thales Alenia Space France, Teem Photonics, Bright Photonics & Lionix).

Les spécifications délicates de nos prototypes, motivés par le cas scientifique très ambitieux des exoplanètes pousse les possibilités de l’optique intégrée dans ses retranchements et aura un effet vertueux vers les fabriquants qui sont associés à nos travaux de recherche et qui bénéficiera à une technologie qui joue aujourd’hui un rôle majeur dans le domaines des télécommunications.

Nice (OCA/Lagrange), Paris (LESIA) et Grenoble (IPAG)