Conseil national de recherches Canada-CNRC

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14 nov. 2008 17h13 HE

Conseil national de recherches Canada : Les premières images d'un autre système solaire

VICTORIA, COLOMBIE-BRITANNIQUE--(Marketwire - 14 nov. 2008) - Pour la première fois, on a obtenu des images de trois planètes orbitant une étoile autre que le Soleil. Cet exploit a été réalisé par l'Institut Herzberg d'astrophysique du Conseil national de recherches Canada (IHA-CNRC) en collaboration avec une équipe scientifique internationale.

"Au nom du gouvernement du Canada, j'aimerais féliciter M. Marois et les autres scientifiques canadiens pour cette découverte remarquable et historique" a déclaré l'honorable Gary Goodyear, ministre d'Etat (Sciences et technologie). "Cette réussite canadienne s'ajoute à une longue histoire de succès scientifiques."

Cette équipe, menée par Christian Marois, astronome de l'IHA-CNRC, a utilisé des télescopes très puissants pour détecter trois planètes plus grosses que Jupiter autour de l'étoile HR 8799. Cette dernière se trouve à 130 années-lumière de la Terre, dans la constellation de Pégase et, bien que faible, est visible à l'oeil nu.

"Depuis dix ans, des techniques indirectes nous ont indiqué que le Soleil n'était pas la seule étoile autour de laquelle orbitaient des planètes. Nous avons enfin une image réelle de tout un système solaire. Il s'agit d'une étape importante dans la recherche de systèmes planétaires autour d'étoiles" a déclaré le Dr Marois.

Une équipe composée d'astronomes canadiens, étatsuniens et britanniques a utilisé les télescopes Gemini Nord et Keck situés au sommet du Mauna Kea sur l'île d'Hawaï pour obtenir des images des planètes dans l'infrarouge. Elle a pu confirmer ces images à l'aide d'instruments de pointe et de techniques perfectionnées de traitement d'images.

"Le CNRC est fier de son expertise de classe mondiale qui l'a mené à diriger, une fois de plus, une équipe internationale de scientifiques", a déclaré Pierre Coulombe, président du CNRC, qui a ajouté : "Cette découverte importante aura de grandes répercussions sur l'astronomie pendant les prochaines années."

La masse de HR 8799 est une fois et demie celle du Soleil. Cette étoile est aussi beaucoup plus brillante et plus jeune. Les astronomes estiment son âge à quelque 60 millions d'années.

"Il est stupéfiant que l'image ne montre pas une, mais bien trois planètes", a déclaré Bruce Macintosh, scientifique au Laboratoire national Lawrence à Livermore aux Etats-Unis et collaborateur au projet. "La découverte du système HR 8799 constitue une étape cruciale sur la route vers la photographie d'une planète terrestre."

Un article consacré à cette découverte paraîtra en novembre, dans Science, un journal scientifique hebdomadaire.

Reconnu mondialement pour ses travaux de recherche et d'innovation, le CNRC est un chef de file dans le développement d'une économie novatrice fondée sur le savoir au Canada grâce à la science et à la technologie.

FICHES D'INFORMATION

Le système HR 8799

A plusieurs égards, ce système planétaire semble être une version grossie de notre système solaire, centré sur une étoile plus massive et plus brillante. Les planètes orbitant HR 8799 sont suffisamment jeunes pour émettre encore la chaleur emmagasinée lors de leur formation, il y a 60 millions d'années. L'analyse de la brillance de ces objets à plusieurs longueurs d'onde indique qu'ils ont entre sept et dix fois la masse de Jupiter. Tout comme dans notre système solaire, elles orbitent loin de leur étoile, soit à environ 25, 40 et 70 fois la distance Terre-Soleil. La plus grande de ces orbites est immédiatement à l'intérieur d'un disque de débris poussiéreux semblable à celui créé par les comètes de la ceinture de Kuiper de notre propre système solaire (juste au-delà de l'orbite de Neptune, à 30 fois la distance Terre-Soleil).

L'étoile centrale, HR 8799, a une fois et demie la masse du Soleil, elle est cinq fois plus brillante et est beaucoup plus jeune. Des observations par satellite dans l'infrarouge ont révélé la présence d'un disque massif de poussière froide autour de l'étoile. Benjamin Zuckerman enseigne la physique et l'astronomie à l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et est l'un des auteurs de l'article à paraître dans Science. Pendant des décennies, il a étudié les disques poussiéreux autour des étoiles proches, il affirme que "le disque de poussière associé à HR 8799 ressort comme l'un des plus massifs à moins de 300 années-lumière de la Terre."

L'analyse des données disponibles indique que l'étoile est âgée d'environ 60 millions d'années. "Puisqu'aucune technique ne donne l'âge précis d'une étoile et de ses planètes, nous devons fonder notre estimation à partir de trois pistes : le spectre, la luminosité et le mouvement de HR 8799 dans la Voie lactée" a indiqué le professeur Zuckerman. Les planètes n'ont pas de source interne d'énergie, elles refroidissent lentement et, avec le temps, sont de moins en moins brillantes. Un autre coauteur, Travis Barman, astronome à l'observatoire Lowell en Arizona, a remarqué qu'"il est crucial de connaître l'âge de HR 8799 pour corréler les luminosités observées des planètes avec leur masse. Plus une planète est jeune, plus sa masse devrait être faible et vice-versa." Les luminosités calculées indiquent que les trois planètes sont en effet massives. "Des comparaisons détaillées avec des modèles théoriques d'atmosphères confirment que les trois planètes possèdent une atmosphère complexe caractérisée par des nuages poussiéreux qui absorbent et réémettent partiellement la chaleur" a observé le Dr Barman.

Une interprétation artistique du système est visible à l'adresse : www.gemini.edu/threeplanetart

Méthodes directes et indirectes

Depuis dix ans, plus de deux cents exoplanètes ont été découvertes, presque toutes par des études indirectes de la "traction gravitationnelle" qu'elles exercent sur leur étoile. Toutefois, les techniques indirectes ne mesurent que la masse et l'orbite de la planète. "En obtenant une image qui montre directement une planète, on peut en étudier les propriétés en détail, c'est-à-dire mesurer sa température et sa composition afin de comprendre sa structure atmosphérique" nous a confié Bruce Macintosh, scientifique au Laboratoire national Lawrence à Livermore en Californie, qui a codirigé les tentatives de photographier une planète extrasolaire depuis presque dix ans.

Jusqu'à maintenant, seules quelques naines brunes (objets dont la masse se situe entre celle d'une étoile et d'une planète, autrement dit des étoiles manquées) et certains astres ambigus proches de la limite entre les naines brunes et les planètes ou plus lourds ont été directement photographiés. Tous ont une orbite très éloignée de leur étoile et l'on croît qu'ils ne se sont pas formés de la même façon que les planètes de notre propre système solaire.

Télescopes et techniques

L'équipe d'astronomes canadiens, américains et britanniques a utilisé les télescopes Gemini Nord et Keck au sommet du Mauna Kea sur l'île d'Hawaï pour saisir des images dans l'infrarouge et, à l'aide d'instruments de pointe et de techniques avancées de traitement d'images, a découvert les trois objets peu lumineux proches de HR 8799. La comparaison des images prises au cours d'années subséquentes indique que les trois objets se déplacent avec l'étoile et autour de celle-ci, ce qui démontre qu'ils sont associés à celle-ci plutôt que d'être des objets plus éloignés se trouvant par coïncidence dans la ligne de visée étudiée.

Les observations aux télescopes Gemini et Keck ont été réalisées avec des systèmes d'optique adaptative qui réduisent considérablement le flou causé par l'atmosphère terrestre. Au télescope Gemini, le plus grand télescope optique canadien, les observations ont été réalisées avec l'appareil d'optique adaptative Altair conçu et construit par le Conseil national de recherches Canada (CNRC). En outre, la détection de ces trois planètes a été rendue possible par une stratégie avancée d'observation, appelée imagerie angulaire différentielle qui permet de séparer la lumière de l'étoile centrale et de révéler les faibles images des planètes.

L'imagerie angulaire différentielle

L'imagerie différentielle angulaire est une technique spéciale d'observation et d'analyse de données qui exploite la lente rotation du champ de vue perçu par un télescope à monture azimutale (conséquence de la rotation de la Terre) pour découpler la lumière provenant de l'étoile de celle d'une planète. Le principe de base de cette technique est le suivant. D'abord, une série d'images sont enregistrées alors que le champ de vue du télescope tourne graduellement. Comme une éventuelle planète apparaîtrait à une position différente dans chaque image, à cause de la rotation, ces images peuvent être combinées de façon à obtenir une image de l'étoile libre de toute lumière provenant de la planète. Cette image " reconstruite " est utilisée pour soustraire la lumière de l'étoile de chacune des images acquises, tout en préservant la lumière de la planète. Les images sont ensuite redressées pour aligner leur champ de vue, et combinées pour obtenir une image finale dans laquelle la ou les planètes peuvent être plus facilement perçues.

Recherches à venir

Les observations de HR 8799 font parti d'une campagne d'observation de 80 étoiles jeunes, massives et entourées de poussière dans le voisinage du Soleil. Cette campagne exploitera les systèmes d'optique adaptative des télescopes Keck, Gemini Nord et VLT pour déterminer des limites sur les populations de planètes de masses comparables à Jupiter à des distances orbitales comparables à celles des planète gazeuses externes de notre système solaire et qui sont inaccessibles aux autres techniques de détection d'exoplanètes. "Nous avons découvert ce système après n'avoir observé que quelques étoiles", a déclaré Christian Marois, astronome du CNRC. "Cette découverte pourrait indiquer que des planètes ayant une masse semblable à celle de Jupiter et un rayon orbital similaire à celui des planètes géantes de notre Système solaire seraient fréquentes autour d'étoiles plus massives que le Soleil. Dans les années à venir, on étudiera en détail le système planétaire autour de HR 8799 qui sera sûrement une cible privilégiée pour les instruments de recherche d'exoplanètes de prochaine génération et des missions spatiales spécialisées."

Les planètes orbitant autour de HR 8799 ont pu être détectées car elles sont plutôt massives, jeunes et éloignées de l'étoile. L'étude des planètes géantes de systèmes planétaires comme le nôtre exigera des instruments nouveaux et plus perfectionnés. L'Institut Herzberg d'astrophysique est un partenaire important d'une équipe américano-canadienne, dirigée par Bruce Macintosh, qui construit un système d'optique adaptative de prochaine génération, appelé Imageur Planétaire Gemini (voir : http://gpi.berkeley.edu). Cet instrument est conçu pour capter des images et des spectres de planètes extrasolaires et sera dix fois plus puissant qu'Altair, le système actuel du télescope Gemini Nord. Lorsqu'il sera utilisé en 2011, il pourra prendre des spectres de planètes de masse comparable à Jupiter en orbite autour d'étoiles voisines de type solaire.

Le but ultime des astronomes est d'effectuer des études d'imagerie et de spectroscopie de véritables planètes terrestres qui requerront des télescopes spatiaux spécialisés, qui en sont encore à l'étape de conception.

Les membres de l'équipe

- Christian Marois - Institut Herzberg d'astrophysique du CNRC, Victoria, Colombie-Britannique

- Bruce Macintosh - Lawrence Livermore National Laboratory, Californie, Etats-Unis

- Travis Barman - Lowell Observatory, Flagstaff, Arizona, Etats-Unis

- Benjamin Zuckerman - Département de physique et d'astronomie, University of California, Los Angeles, Californie, Etats-Unis

- Jennifer Patience - Ecole de physique, University of Exeter, Exeter, Royaume-Uni

- Inseok Song - University of Georgia, Athens, Georgie, Etats-Unis

- David Lafrenière - Département d'astronomie et d'astrophysique, University of Toronto, Toronto, Ontario

- René Doyon - Département de physique et Observatoire du mont Mégantic, Université de Montréal, Montréal, Québec

Galilée et l'Année Mondiale de l'Astronomie de 2009

Cette découverte a été faite presque 400 ans après les premières observations par Galilée des Lunes de Jupiter, que l'on connaît sous le nom de satellites galiléens. Lors de sa 62e Assemblée générale, les Nations-Unies ont proclamé que 2009 serait l'Année Mondiale de l'Astronomie. Cette décision vient à l'initiative de l'Union Astronomique Internationale (UAI) et de l'Organisation des Nations Unies pour l'éducation, la science et la culture (UNESCO). L'Année Mondiale de l'Astronomie sera une célébration planétaire de l'astronomie et de ses contributions à la société et la culture et soulignera le 400e anniversaire de la première utilisation d'une lunette astronomique par Galilée. On trouvera des informations sur l'Année Mondiale sur le site Web canadien : http://www.astronomie2009.ca.

www.nrc-cnrc.gc.ca

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