le Soleil va nous aider à découvrir des exoplanètes habitables comme la Terre !

On parle souvent de la découverte ou de l’étude des exoplanètes, parfois avec l’objectif d’y découvrir une biosignature, en utilisant des télescopes dans l’espace, par exemple avec Tess ou le James-Webb. Toutefois, la chasse se fait aussi avec des instruments au sol, qui plus est de tailles modestes, comme c’est le cas avec le projet Astep (Antarctic Search for Transiting Extrasolar Planets) en Antarctique.

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Il n’est pas très connu non plus que l’on se sert des télescopes au sol pour confirmer la découverte d’exoplanètes initialement découvertes par la méthode des transits planétaires. On utilise pour cela la méthode des vitesses radiales, d’autant plus que dans le cas d’un transit, cette méthode donne une valeur de masse peu ambigüe, ce qui n’est pas le cas sans transit. Les deux méthodes donnant un rayon et une masse pour une exoplanète, on peut en déduire sa densité et donc s’il s’agit d’une planète océan plutôt que d’une planète rocheuse ou encore d’une géante gazeuse.

Malheureusement, toutes ces mesures sont bruitées par l’activité des étoiles et c’est le cas avec les variations de la lumière émise par celles comme le Soleil, de sorte qu’elles peuvent masquer la présence de planètes en orbite autour d’elles. C’est ennuyeux si nous cherchons à découvrir des exoplanètes potentiellement habitables et même des exoTerres.

Le Soleil en Ultra-HD. Il brille en permanence, rayonnant de lumière et d’énergie qui régissent la météorologie, la biologie et bien plus encore. Outre le maintien de la vie sur Terre, le Soleil émet un flux constant de particules appelé vent solaire et, occasionnellement, il produit d’énormes nuages de matière solaire, appelés éjections de masse coronale, ou explosions de rayons X appelées éruptions solaires. Ces événements peuvent perturber notre environnement spatial jusqu’aux confins de notre Système solaire. Dans l’espace, l’Observatoire de la dynamique solaire (SDO) de la Nasa surveille notre étoile la plus proche 24h/24 et 7j/7. Le SDO capture des images du Soleil dans dix longueurs d’onde différentes, chacune permettant de mettre en évidence une température différente de la matière solaire. Dans cette vidéo, découvrez les images du Soleil prises par le SDO avec un niveau de détail sans précédent. Présentée en ultra-haute définition, la vidéo présente la danse de la matière ultra-chaude sur notre étoile source de vie avec un niveau de détail extraordinaire, offrant une vision intime des forces majeures du Système solaire. © Centre de vol spatial Goddard de la Nasa

Des signaux parasités par le bruit des étoiles

Mais les astrophysiciens sont malins et ils ont trouvé une parade en installant récemment le Télescope solaire Espresso de Paranal (PoET) sur le site de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili.

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Le PoET vient de voir sa première lumière, comme l’indique un communiqué de l’ESO, dans lequel on peut trouver plusieurs commentaires des chercheurs impliqués dans l’utilisation de cet instrument. Nuno Santos, chercheur principal du projet PoET, basé à l’Institut d’astrophysique et des sciences spatiales (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço [IA]) et à la Faculté des sciences de l’Université de Porto, au Portugal, y explique : « L’un des principaux défis pour la détection d’autres Terres en orbite autour d’autres soleils réside dans le « bruit » astrophysique émis par les étoiles hôtes. Les observations de PoET pourraient être essentielles à la découverte et à la caractérisation d’exoplanètes qui sont peut-être actuellement masquées par ce bruit. »

Observatoire Paranal – Désert d’Atacama vu par des drones en 2016. © MAV Drone

Le Soleil, un laboratoire pour explorer les étoiles

Mais comme le laisse deviner son nom, il va observer le Soleil ! Jadis, le Soleil nous a servi de laboratoire pour construire et tester notre compréhension des étoiles. En utilisant le puissant spectrographe Espresso de l’ESO, les astronomes avec PoET vont chercher à modéliser comme jamais le bruit lié à l’activité du Soleil qui pourrait cacher la détection de la Terre à des extraterrestres.

En transposant cette modélisation aux autres étoiles de type solaire, on pourra donc mieux évaluer et soustraire les bruits présents dans les observations qui sont donc susceptibles de cacher la présence d’exoTerres en orbite autour d’elles.

Le télescope solaire Espresso de Paranal (PoET) est ici pointé vers le Soleil. Le télescope principal est doté d’un miroir de 60 cm qui collecte la lumière provenant de petites régions du disque solaire et la redirige, via des fibres optiques, vers le spectrographe Espresso de l’ESO, situé dans un bâtiment voisin. Espresso décompose ensuite cette lumière solaire en ses couleurs constitutives avec une grande précision. Le boîtier gris situé au-dessus du tube principal contient un télescope plus petit, équipé d’une lentille de 6 cm. Ce télescope plus petit collectera la lumière provenant de l’ensemble du disque solaire et la redirigera vers Espresso. Un troisième télescope plus petit, équipé d’une lentille de 5 cm et également situé dans ce boîtier, prendra des images du disque solaire. Le boîtier contient également un appareil permettant de mesurer la turbulence causée par l’atmosphère terrestre. © A. Cabral, IA

Avec la combinaison d’Espresso et de PoET qui est équipé d’un télescope doté d’un miroir de 60 centimètres de diamètre, « nous serons en mesure d’analyser des zones très précises du Soleil, avec une très haute résolution, d’une manière qui n’a jamais été faite auparavant », explique Alexandre Cabral, co-chercheur principal du projet PoET et chercheur à l’IA ainsi qu’à la Faculté des sciences de l’Université de Lisbonne, au Portugal. Parmi les zones spécifiques du Soleil que va étudier PoET, il y a celles des taches solaires individuelles.

Cette image présente certaines des premières données recueillies par le télescope solaire Espresso de Paranal (PoET). PoET capte simultanément la lumière solaire provenant de l’ensemble du disque solaire et de petites régions internes, puis la transmet par fibres optiques au spectrographe Espresso. Ce dernier décompose la lumière en ses couleurs ou longueurs d’onde constitutives. Ces deux écrans affichent le même spectre solaire, mais avec des niveaux de zoom différents. L’échelle de longueurs d’onde est verticale, et les différentes lignes sombres correspondent à des longueurs d’onde spécifiques absorbées par les atomes des couches externes du Soleil, ainsi que par les atomes et les molécules de notre atmosphère. © N. Santos, IA