L'étude des exoplanètes a beaucoup progressé ces dernières années, en grande partie grâce à la mission Kepler. Mais cette mission a ses limites. Il est difficile pour Kepler et pour d’autres technologies d’imaginer des régions proches de leurs étoiles. Désormais, un nouvel instrument appelé coronographe vortex, installé à l’observatoire de Keck à Hawaï, permet aux astronomes de regarder des disques protoplanétaires qui sont très proches des étoiles qu’ils gravitent.
Le problème avec la visualisation des disques de poussière, et même des planètes, près de leurs étoiles est que les étoiles sont tellement plus brillantes que les objets qui les orbitent. Les étoiles peuvent être des milliards de fois plus brillantes que les planètes à proximité, ce qui rend presque impossible de les voir dans les reflets. "La puissance du vortex réside dans sa capacité à imager des planètes très près de leur étoile, ce que nous ne pouvons pas encore faire pour des planètes semblables à la Terre", a déclaré Gene Serabyn du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA. "Le coronographe vortex peut être la clé pour prendre les premières images d'un point bleu pâle comme le nôtre."
"La puissance du vortex réside dans sa capacité à imager des planètes très près de leur étoile, ce que nous ne pouvons pas encore faire pour des planètes semblables à la Terre." - Gene Serabyn, JPL.
"Le coronographe vortex nous permet de scruter les régions autour des étoiles où se forment des planètes géantes comme Jupiter et Saturne", a déclaré Dmitri Mawet, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA et Caltech, tous deux à Pasadena. «Avant, nous ne pouvions imaginer que des géantes gazeuses qui naissent beaucoup plus loin. Avec le vortex, nous pourrons voir des planètes en orbite aussi près de leurs étoiles que Jupiter est de notre soleil, soit environ deux à trois fois plus près que ce qui était possible auparavant. »
Plutôt que de masquer la lumière des étoiles, comme d'autres méthodes de visualisation des exoplanètes, le coronographe vortex redirige la lumière loin des détecteurs en combinant les ondes lumineuses et en les annulant. Parce qu'il n'y a pas de masque occultant, le coronographe vortex peut capturer des images de régions beaucoup plus proches des étoiles que les autres coronographes. Dmitri Mawet, chercheur qui a inventé le nouveau coronographe, le compare à l'œil d'une tempête.
"L'instrument est appelé un coronographe vortex parce que la lumière des étoiles est centrée sur une singularité optique, ce qui crée un trou sombre à l'emplacement de l'image de l'étoile", a déclaré Mawet. «Les ouragans ont une singularité dans leurs centres où les vitesses du vent tombent à zéro - l'œil de la tempête. Notre coronographe vortex est essentiellement l'œil d'une tempête optique où nous envoyons la lumière des étoiles. »
Les résultats du coronographe vortex sont présentés dans deux articles (ici et ici) publiés dans le Astronomical Journal de janvier 2017. L'une des études a été dirigée par Gene Serabyn du JPL, qui est également à la tête du projet vortex Keck. Cette étude a présenté la première image directe de HIP79124 B, une naine brune à 23 UA de son étoile, dans la région de formation d'étoiles appelée Scorpius-Centaurus.
«La capacité de voir très près des étoiles nous permet également de rechercher des planètes autour d'étoiles plus éloignées, où les planètes et les étoiles semblent plus proches les unes des autres. Avoir la capacité de surveiller des étoiles lointaines à la recherche de planètes est important pour capturer des planètes encore en formation », a déclaré Serabyn.
"Il est important d'avoir la capacité de surveiller des étoiles éloignées pour trouver des planètes pour attraper des planètes encore en formation." - Gene Serabyn, JPL.
La deuxième des deux études sur le vortex a présenté des images d'un disque protoplanétaire autour de la jeune étoile HD141569A. Cette étoile a en fait trois disques autour d'elle, et le coronographe a pu capturer une image de l'anneau le plus intérieur. La combinaison des données du vortex avec les données des missions Spitzer, WISE et Herschel a montré que le matériau formant la planète dans le disque est constitué de grains d'olivine de la taille d'un galet. L’olivine est l’un des silicates les plus abondants du manteau terrestre.
"Les trois anneaux autour de cette jeune étoile sont imbriqués comme des poupées russes et subissent des changements dramatiques qui rappellent la formation planétaire", a déclaré Mawet. "Nous avons montré que les grains de silicate se sont agglomérés en cailloux, qui sont les éléments constitutifs des embryons de la planète."
Ces images et études ne sont que le début du coronographe vortex. Il sera utilisé pour examiner de nombreux autres systèmes planétaires jeunes. En particulier, il se penchera sur les planètes proches des soi-disant «lignes de gel» dans d'autres systèmes solaires. C'est la région autour des systèmes stellaires où il fait suffisamment froid pour que des molécules comme l'eau, le méthane et le dioxyde de carbone se condensent en grains solides et glacés. La pensée actuelle dit que la ligne de gel est la ligne de démarcation entre la formation des planètes rocheuses et des planètes gazeuses. Les astronomes espèrent que le coronographe pourra répondre aux questions sur les Jupiters chauds et les Neptunes chauds.
Jupiters chauds et Neptunes sont de grandes planètes gazeuses qui se trouvent très près de leurs étoiles. Les astronomes veulent savoir si ces planètes se sont formées près de la ligne de gel puis ont migré vers l'intérieur vers leurs étoiles, car il leur est impossible de se former si près de leurs étoiles. La question est, quelles forces les ont poussés à migrer vers l'intérieur? "Avec un peu de chance, nous pourrions attraper des planètes en train de migrer à travers le disque formant la planète, en regardant ces très jeunes objets", a déclaré Mawet.
