La recherche des exoTerres par interférométrie dans l’espace
Les missions Darwin et TPF, en attendant de pouvoir réaliser des images directes:
Retournons dans le domaine de l’infrarouge thermique, où le rapport du flux de l’exoplanète à son étoile est bien plus favorable que dans le domaine visible. Impossible alors d’espérer réaliser une image directe d’exoplanète au moyen d’un seul télescope, à moins de disposer d’un télescope de plusieurs dizaines de mètres de diamètre… pour lequel il faudra sans doute attendre plusieurs décennies.
A nouveau, le concept de l’interférométrie s’impose. Rappelons-en le principe, dans sa version la plus simple : le télescope de grande dimension est remplacé par deux télescopes de plus petite taille mais éloignés l’un de l’autre. Les deux télescopes observent ensemble la source étudiée, et les rayonnements qui en sont issus sont recombinés pour former des franges d’interférence. Le traitement de ces informations permet de réaliser l’image de la source le long d’un axe sur le ciel, correspondant à l’orientation dans l’espace des deux télescopes. On montre qu’on peut atteindre une limite de résolution angulaire équivalente à celle d’un télescope unique dont le diamètre serait égal à la distance entre les deux petits télescopes. Pour obtenir une image complète de la source, il faut au moins trois télescopes non alignés : c’est ce que l’on appelle la synthèse d’ouverture. La technique d’interférométrie est couramment utilisée en radioastronomie.
Comment appliquer cette puissante technique à la recherche des exoTerres ? Il s’agit d’observer un compagnon qui est non seulement très proche de son étoile, mais aussi beaucoup moins lumineux. Il faut donc être capable de mesurer le signal de l’étoile avec une grande dynamique. Un concept ingénieux a été développé pour cet objectif : c’est l’interféromètre de Bracewell, dont le principe est le suivant. Dans l’interférométrie classique, les signaux des deux télescopes se combinent pour construire une frange centrale d’intensité maximale sur la ligne de visée, c’est-à-dire dans la direction de l’étoile observée. La région voisine, où se trouve l’exoplanète recherchée, correspond à une frange négative, où le signal reçu est nul. Cependant, il est possible d’introduire sur le faisceau de l’un des télescopes un déphaseur de π, de sorte que les interférences deviennent destructives dans la direction de l’étoile et positives dans son voisinage. On a ainsi «éteint» le flux de l’étoile à la manière d’un coronographe : c’est ce que l’on appelle l’interférométrie à frange noire.
C’est sur ce principe qu’a été conçu l’ambitieux projet spatial Darwin, actuellement en phase d’étude à l’ESA. Il consiste en un ensemble de 6 télescopes de 1,5 m de diamètre répartis sur un cercle, le laboratoire de recombinaison des faisceaux étant porté par un autre module au centre du cercle. Un huitième satellite, en dehors du plan des interféromètres, assure la liaison avec la Terre. L’ensemble devra être placé au point de Lagrange dit L2, situé sur l’axe Soleil-Terre dans la direction opposée au Soleil, particulièrement bien adapté pour le vol de satellites multiples car il correspond à une position d’équilibre stable du champ de gravité du système Soleil-Terre. De son côté, la NASA étudie en option pour sa mission TPF un concept similaire, compte tenu des difficultés technologiques et des coûts impliqués, les deux projets seront vraisemblablement appelés à fusionner. Le projet commun pourrait voir le jour vers la fin de la prochaine décennie. Que nous apportera Darwin/TPF? Tout d’abord, des images des systèmes planétaires qui auront été préalablement détectés de manière indirecte. Ensuite, des spectres infrarouges de ces exoTerres qui montreront, peut-être, la signature de l’ozone…
Vidéo : La recherche des exoTerres par interférométrie dans l’espace
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