L’imageur d’exoplanètes le plus puissant au monde entame sa mission

Disques de poussières en orbite autour de la jeune étoile HR4796A (Source: Marshall Perrin)

Disques de poussières en orbite autour de la jeune étoile HR4796A (Source: Marshall Perrin)

 

Après une décennie de développement, de construction et de mise au point, GPI (Gemini Planet Imager) a reçu ses 1res particules de lumière (photons) en provenance de mondes lointains. GPI dispose de la technologie la plus avancée au monde pour l’imagerie d’exoplanètes (planètes hors de notre système solaire). Il est optimisé pour l’étude des planètes de faible luminosité proches de leur soleil, pour l’étude des atmosphères des planètes ainsi que pour l’étude des disques de débris présents autour de ces soleils. GPI est installé sur le télescope Gemini Sud au Chili, l’un des plus grands télescopes au monde.

 

GPI : un outil unique pour l’imagerie des exoplanètes

GPI est un instrument capable de détecter la lumière infrarouge (la chaleur) émise par des planètes gazeuses géantes, semblables à Jupiter, et qui sont en orbite autour de leur soleil. Un peu comme l’étaient les planètes géantes gazeuses de notre système solaire lors de sa formation. Chaque planète observée par GPI peut être étudiée en détail grâce à son mode spectroscopique.

« Les 1res images de GPI sont tout simplement splendides! Nous attendions ce moment depuis tellement longtemps », mentionne René Doyon de l’Université de Montréal, membre de l’équipe scientifique de GPI qui a été très engagé dans le développement de l’instrument. « GPI est une révolution dans le monde instrumental. Nous avons clairement démontré sa capacité à détecter des exoplanètes en un temps record! », indique Christian Marois, astronome au CNRC – Herzberg, membre de l’équipe scientifique de GPI et codécouvreur du tout 1er système planétaire en 2008, avec les prs René Doyon et David Lafrenière de l’UdeM.

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Image 1 : Image de Beta Pictoris b prise par l’instrument NICI (du télescope Gemini Sud) lors d’une exposition de 4000 secondes. Traitement d’image par Christian Marois, NRC Canada.

Image 2 : 1re lumière de GPI. Une image résultant d’une exposition de 900 secondes de Beta Pictoris b, une planète en orbite autour de l’étoile Beta Pictoris. En plus de l’image, GPI obtient des spectres pour chaque pixel de l’image, permettant aux scientifiques d’étudier la planète dans ses moindres détails. Beta Pictoris b est une planète géante gazeuse, de plusieurs fois la masse de Jupiter, et dont l’âge est estimé à environ 10 millions d’années. La planète est visible dans les longueurs d’onde infrarouges, car elle irradie encore la chaleur issue du processus de formation. L’étoile brillante Beta Pictoris, le soleil de la planète géante, est cachée grâce à un masque au centre de l’image. Quelques artefacts de lumière diffuse (ou tavelures) sont visibles autour de l’étoile masquée, mais beaucoup moins qu’avec l’instrument NICI.

« Les 1res images captées par GPI sont meilleures d’un facteur 10 par rapport aux générations d’instruments précédentes. Mais ce qui est remarquable, c’est qu’en l’espace d’à peine une minute, nous sommes maintenant capables de voir ces planètes, alors qu’il nous fallait des heures auparavant », explique Bruce Macintosh du Laboratoire national Lawrence-Livermore, qui a dirigé l’équipe ayant construit l’instrument.

GPI a capté ses 1ers photons cosmiques en novembre dernier durant une mission d’ingénierie presque parfaite pour un instrument aussi complexe, dont la taille est celle d’une voiture familiale. « C’était l’une des missions de 1res lumières les plus tranquilles que le télescope Gemini eût l’occasion de vivre », précise Stephen Goodsell, qui dirige le projet à l’observatoire. Durant cette 1re mission, l’équipe de chercheurs a pu, entre autres, observer le système planète-étoile Beta Pictoris et obtenir le tout premier spectre de l’exoplanète Beta Pictoris b.

L’étude à grande échelle

En 2014, l’équipe de GPI commencera une étude à très grande échelle sur 600 étoiles jeunes afin de découvrir et d’étudier de potentiels systèmes planétaires. GPI sera aussi disponible à toute la communauté scientifique de Gemini pour divers projets allant de l’étude de la formation des disques protoplanétaires aux jets de matières d’étoiles plus massives.

« Dans quelques années, il existera un instrument semblable à GPI, mais qui sera sur un télescope spatial, prévoit Bruce Macintosh. Et peut-être que sur les images et les spectres de cet instrument nous observerons un petit point bleu semblable à notre planète Terre… »

GPI : une collaboration internationale

GPI est un projet international mené sous la direction scientifique de Bruce Macintosh et du directeur de projet David Palmer, tous deux du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Une équipe de chercheurs du American Museum of Natural History dirigée par Ben Oppenheimer a, quant à elle, conçu des masques optiques spécifiques utilisés dans le coronographe de l’instrument afin de bloquer la lumière diffuse qui pourrait altérer la lumière des exoplanètes observées. De son côté, une équipe de la NASA, du Jet Propulsion Laboratory, sous la supervision de l’ingénieur Kent Wallace, a construit le capteur de front d’onde ultra sensible permettant de mesurer les faibles variations de la lumière de l’étoile hôte pouvant nuire à la détection d’une exoplanète.

Le conception optique, la construction et les tests du spectrographe composant l’instrument ont été réalisés grâce à l’équipe dirigée par le pr James Larkin du laboratoire infrarouge de l’Université de Californie à Los Angeles, en collaboration très étroite avec les prs René Doyon du Département de physique de l’UdeM et Simon Thibault de l’Université Laval. Le personnel de l’observatoire du Mont-Mégantic, de l’Institut national d’optique à Québec et de la compagnie Immervision de Montréal ont également participé au développement du spectrographe.

Le puissant logiciel de dépouillement et d’analyse de données a été conçu et écrit sous la direction d’une équipe de chercheurs de l’UdeM, en collaboration avec le Dunlap Institute de Toronto, le Space Telescope Science Institute et le Conseil national de la recherche du Canada – Herzberg. Ce logiciel permet de transformer l’information spectrale de chaque pixel en un cube tridimensionnel de données.

Enfin, une équipe du CNRC-Herzberg en Colombie-Britannique a conçu et produit la structure mécanique et le logiciel qui fait fonctionner l’ensemble de l’instrument. Le tout a ensuite été testé à l’Université Santa Cruz de Californie avant d’être envoyé en août dernier au Chili. Finalement, l’institut SETI assure le transfert de données et les communications avec le GPI.

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