Spectromètres compacts monomodes pour la caractérisation d’exoplanètes

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Nous explorons les gains en performances accessibles avec de nouveaux concepts de spectromètres monomodes, essentiels pour la caractérisation d’exoplanètes

La détection directe d’exoplanètes a beaucoup progressé dans les 15 dernières années. L’expérience acquise stimule et nourrit fortement des pistes de développement, en particulier au sein du PEPR Origines, pour poursuivre l’amélioration du contraste jusqu’à la capacité de détection de planètes en zone tempérée, susceptibles d’abriter la vie. La caractérisation spectrale est alors essentielle pour comprendre les conditions physico-chimiques des atmosphères exoplanétaires. Pour ce faire, le défi instrumental est d’associer haute résolution spectrale, grand domaine spectral et grande transmission, tout en conservant un coût et encombrement gérable. Les concepts de spectromètres existants permettent difficilement l’extrapolation aux très grands télescopes et offrent une marge de progression importante en bénéficiant de la qualité d’image apportée nécessairement par l’imagerie à grand contraste fournie dans ce contexte : la caractérisation d’exoplanètes peut donc s’optimiser au cas d’une source limitée par la diffraction et ouvre la voie de spectromètres compacts alimentés par fibres monomodes, permettant des améliorations importantes à pleinement exploiter.

Notre projet identifie trois concepts innovants de tels spectromètres compacts monomodes, rendus possibles pour les avancées technologiques récentes. Dans ces trois cas, les membres du projet ont développé des prototypes confirmant l’aspect très prometteur des performances accessibles. Notre projet a pour but une montée en maturité technologique importante de ces concepts. Cela inclut le développement de composants améliorés et permettant d’explorer les limites des performances atteignables, sur les paramètres identifiés comme critiques pour l’objectif astrophysique. Ces performances seront testées en laboratoire puis en conditions réalistes sur télescopes, de manière à nourrir une analyse comparative et quantitative, de leur complémentarité selon les cas d’application.

Le niveau de maturité visé permettra une prévision solide de performances atteignables pour les spectromètres embarqués au sein d’instruments pour la communauté sur de grands télescopes tels que le futur télescope européen ELT, et d’avoir les éléments convainquant pour proposer le concept le plus adapté nécessaire à la caractérisation d’exoplanètes. Les connaissances et le savoir-faire acquis permettront aussi de revisiter les applications possibles en dehors du domaine de l’astronomie, avec tous les intérêts d’un faible encombrement, un coût modéré, et un domaine de paramètres instrumentaux plus étendu.