Caméra PESTO

Il y a environ 20 ans, la recherche d’autres mondes dans la galaxie a fait un grand pas grâce à la découverte d’une 1re planète en orbite autour d’une étoile autre que le Soleil. Elle prit le nom de 51 Peg b (Mayor et Queloz 1995). Cette découverte a mené à l’émergence d’un  nouveau domaine de recherche : l’exoplanétologie, ayant pour objectifs de déterminer la prévalence, la diversité et les origines des systèmes planétaires. Depuis, la recherche et la caractérisation des exoplanètes est devenu l’un des domaines les plus actifs de l’astronomie. On compte aujourd’hui plusieurs milliers d’exoplanètes.

La majorité des exoplanètes connues à ce jour ont été trouvées indirectement en observant le mouvement orbital réflexe de l’étoile hôte grâce à des mesures précises des variations de la vitesse radiale de l’étoile (aussi connue sous le nom de méthode RV), ou la diminution du flux d’une étoile hôte lorsqu’une planète passe en face d’elle une fois par orbite (méthode des transits). L’amélioration de la précision RV au fil des ans a permis la découverte d’exoplanètes de masses progressivement plus faibles, et des super-Terres (~ 2-10 masses terrestres) sont désormais à notre portée dans certains systèmes (Mayor et al. 2011). De même, les nombreux efforts réalisés dans l’observation par transit ont mené à la détection de plusieurs centaines d’exoplanètes, certaines aussi petites que la Terre (Borucki et al. 2011).

Les succès de la technique des transits laissent entrevoir une possibilité très excitante : la détection d’exolunes par mesure de variation temporelle des transits (TTV, « transit timing variation ») et de variation de durée des transits (TDV, « transit duration variation »). La détection d’une lune autour d’une exoplanète une première mondiale aurait un impact énorme sur notre compréhension de la formation des planètes et des satellites, ainsi que de l’évolution dynamique des systèmes planétaires. De plus, la détection d’un satellite naturel autour d’une planète géante située dans la zone habitable de son étoile aiderait notre compréhension de l’origine et de la prévalence de la vie dans l’univers. En effet, si cette exolune est suffisamment massive pour conserver une atmosphère (> 0,1 à 0,2 fois la masse de la Terre), elle pourrait constituer un bon environnement pour le développement de la vie (Williams et al., 1997).

Outre les exolunes, le chronométrage de transit peut également mener à la découverte d’autres planètes dans les systèmes où une planète est déjà connue (Holman et Murray, 2005, Agol et al. 2005). Cela nous permettrait d’étendre le recensement des systèmes planétaires multiples et d’obtenir de meilleures statistiques sur la configuration relative et les propriétés des planètes dans ces systèmes. La méthode TTV est sensible aux planètes de très faible masse, une masse terrestre ou moins. Elle est donc complémentaire aux recherches faites par mesure de vitesse radiale qui sont généralement limitées à de plus grandes masses.

Pour réaliser ce projet, nous mettons actuellement au point une toute nouvelle caméra, PESTO (Planètes Extra-Solaires en Transit et Occultations), entièrement optimisée pour le chronométrage de transits d’exoplanètes. La confection de cette caméra a été rendue possible grâce à une subvention de la FCI accordée au chercheur principal, le professeur David Lafrenière. Cette caméra sera utilisée avec le télescope de 1,6 m de l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM), suffisamment puissant pour atteindre les limites photométriques nécessaires.

Oeuvrant dans le spectre visible-rouge et basée sur un détecteur à transfert de charges à lecture rapide (L3 EMCCD), cette nouvelle caméra offrira un taux d’échantillonnage du signal très élevé (~10-100 Hz), un bruit de lecture nul et aucun temps mort entre les images, seront également possibles un horodatage absolu des données à la milliseconde près grâce à un système GPS, un mécanisme de rétroaction permettant de stabiliser le pointage et le foyer du télescope, ainsi qu’un champ de vision permettant d’observer plusieurs étoiles de référence simultanément pour la calibration des effets systématiques. L’appareil aura également des fonctionnalités pour réduire la variation du signal induite par la scintillation atmosphérique, sur la base du principe développé par Osborn et al. 2011.

Toutes ces caractéristiques feront en sorte que PESTO atteindra une excellente précision photométrique à un taux d’échantillonnage élevé, ce qui est optimal pour les mesures de TTV et TDV. Aucune caméra combinant toutes ces caractéristiques n’existe ailleurs.