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A la chasse aux mondes extraterrestres avec un télescope volant

L’Observatoire Stratosphérique pour l’Astronomie Infrarouge (SOFIA) a observé une mini-éclipse de la planète extrasolaire GJ 1214b. L’objectif était de savoir si ce monde en dehors de notre système solaire est une super-Terre ou une mini Neptune. C’était la première fois que SOFIA faisait des observations de ce genre et il a démontré qu’il pouvait aider à répondre à ce genre de questions.

Par Daniel Angerhausen, Center for Space and Habitability (CSH), Université de Berne

Le Boeing 747-SP avec l’Observatoire Stratosphérique pour l’Astronomie Infrarouge (SOFIA), un projet de la NASA et de l’Agence Spatiale Allemande DLR. (Photo NASA/DLR)

Quand j’ai vu SOFIA pour la première fois, j’étais étudiant à l’université de Cologne en Allemagne. C’était sur une affiche de l’Institut d’astrophysique qui faisait de la publicité scientifique pour l’Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge, une idée folle de la NASA et de l’Agence spatiale allemande DLR consistant à mettre un télescope de 2,5 mètres à bord d’un Jumbo Jet 747-SP. Les observations astronomiques au sol, même sur les montagnes les plus élevées, souffrent beaucoup des effets perturbateurs de la turbulence atmosphérique. Voler légèrement plus haut que les avions de ligne avec SOFIA pose beaucoup moins de problème. SOFIA est donc un peu comme un télescope spatial qui rentre tous les matins. À cette époque, l’Université de Cologne était impliquée dans la construction d’instruments astronomiques qui étaient encore en développement et censés voler sur SOFIA. Encore étudiant j’ai alors pensé à quel point ça devait être super de pouvoir serrer une vis d’une caméra volant sur NASA747 (signe d’appel de SOFIA) dans la stratosphère ou tout simplement être impliqué d’une quelconque manière dans cette mission fascinante.

Passons rapidement  sur mon diplôme de premier cycle, le PhD et les deux postdocs pour nous retrouver en 2017. Je suis assis là en n’écrivant PAS à propos de ma vis, mais de mon premier vol fou avec SOFIA. “Hier soir, j’ai volé sur un avion de la NASA d’un milliard de dollars pour observer un monde extraterrestre à des années lumière. Et vous, comment était votre nuit? ” était ce que j’ai tweeté quand je suis descendu de l’avion le matin après la nuit d’observation. Ce n’était pas la première fois que je volais avec SOFIA (j’avais fait 2 ou 3 vols d’essai avant), mais c’était la première fois que nous pouvions utiliser tous les instruments disponibles sur SOFIA pour faire la science qui m’intéresse, soit les transits de planètes extrasolaires.

Ces événements relativement rares se produisent lorsqu’une planète en dehors de notre système solaire passe entre la Terre et son étoile hôte. Au cours de cette phase, la planète éclipse une partie de l’étoile la rendant légèrement moins lumineuse d’une part et la lumière de l’étoile traverse une partie de l’atmosphère de la planète d’autre part. Lorsque nous analysons cette lumière, elle peut nous révéler la composition, la température, la pression ainsi que d’autres caractéristiques de l’atmosphère de cette planète. Cependant, lorsque nous observons ces transits au sol, même depuis les meilleurs sites au Chili ou à Hawaï, la lumière ne traverse pas seulement l’atmosphère de l’exoplanète, mais aussi celle de la Terre, compromettant nos mesures. C’est pourquoi le fait de prendre de la hauteur avec SOFIA est si important.

Notre cible cette nuit-là était GJ 1214 b, une «mini-Neptune» ou «super-Terre», une classe relativement courante d’exoplanètes de taille intermédiaire, pour lesquelles nous n’avons pas de semblable dans le système solaire. Et notre observation a été, en plus de tester et préparer SOFIA, conçue pour donner des données aux théoriciens pour expliquer si GJ 1214b est plutôt un monde déchiré, rocheux ou un Neptune gazeux ou glacé et rétréci.

Comme toujours lorsqu’on essaie les choses pour la première fois, il y a des problèmes ici et là, que nous avons appris à éviter ou à réparer pour les futures observations. Nous avons même pu pousser les instruments à 1,5 à 2 fois au delà de leurs limites théoriques. Bien que nos résultats n’aient montré aucune réponse aux questions posée par notre planète cible, ils ont tout de même montré que SOFIA avait la sensibilité suffisante pour jouer à l’avenir avec les autres équipes membres de la ligue de transit exoplanète comme les télescopes spatiaux Hubble ou Spitzer. SOFIA ne deviendra probablement pas une machine aussi performante que ces deux là mais il pourrait très bien sortir du lot par des coups d’éclat ou avec un rôle spécial que seul SOFIA est capable de tenir.

J’espère que pour moi et les centaines de milliers de vis de SOFIA, cela signifiera beaucoup plus de chasses aux exoplanète dans la stratosphère.

Daniel Angerhausen devant et et à bord de l’observatoire.

(Photos zVg)

Référence:
D. Angerhausen et al : Photométrie simultanée multicolore optique et proche Infra-rouge de GJ 1214b avec SOFIA, astronomie et astrophysique, août 2017
https://arxiv.org/abs/1708.07033

Vidéo: https://www.youtube.com/watch?v=y-W3xoOu0NE

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