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Trois ans de données solaires HARPS-N pour aider à détecter la “Terre 2.0”

Afin de mieux caractériser le bruit introduit par les étoiles lors de la recherche de nouvelles exoplanètes, le spectromètre HARPS-N, monté sur le Telescopio Nationale Galileo, a été équipé il y a cinq ans d’un petit télescope solaire spécialement conçu à cet effet. Les données acquises par ce télescope au cours des trois premières années d’observation, collectées toutes les cinq minutes par temps clair, sont désormais rendues publiques et accessibles à tous.

La méthode des vitesses radiales (RV) a été la première technique efficace pour détecter des planètes en orbite autour d’autres étoiles que le Soleil. Elle a été utilisée par Michel Mayor et Didier Queloz, pour découvrir la première exoplanète. Depuis, d’énormes progrès ont été réalisés dans le domaine de l’instrumentation et la dernière génération de matériel devrait être capable de détecter d’autres Terres, même si le signal induit est très faible. Cependant, les signaux perturbateurs provenant des étoiles elles-mêmes limitent notre sensibilité. Les prochaines percées viendront de la compréhension de la manière de séparer les signaux stellaires du mouvement induit par les planètes.

La principale difficulté est clairement visible sur le Soleil, dont la surface est couverte de millions de poches de gaz qui montent et descendent et dont la configuration change toutes les quelques minutes. Les champs magnétiques qui entourent les taches solaires sombres suppriment leur mouvement. Les taches solaires elles-mêmes bloquent la lumière, modifiant leur vitesse lorsque le Soleil tourne sur son axe une fois par mois. Et tous ces phénomènes varient dans le temps, le niveau global d’activité augmentant et diminuant avec le cycle de 11 ans des taches solaires. Ces processus modifient la vitesse apparente du Soleil dans des proportions de plusieurs centaines de fois supérieures au signal d’une planète semblable à la Terre. La compréhension de ces processus complexes nécessite des données exceptionnelles si nous voulons développer des techniques permettant de les compenser. “Le transfert de ces techniques à d’autres étoiles, dont nous ne pouvons pas observer directement la surface, permettra la détection d’autres Terres, contribuant ainsi à l’objectif à long terme qui consiste à rechercher la vie ailleurs”, a expliqué Xavier Dumusque, professeur assistant à l’Université de Genève, et membre de PlanetS.

Un membre de l’équipe installant le petit télescope solaire

Afin d’obtenir l’ensemble des données requises, une équipe internationale composée de scientifiques du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (États-Unis) et de l’Université de Genève (Suisse) a construit en 2015 un télescope solaire à faible coût (LCST) et l’a connecté au spectrographe HARPS-N, l’instrument le plus précis pour découvrir les exoplanètes à l’époque. Le 18 juillet 2015, l’équipe a commencé à observer le Soleil tous les jours clairs avec une cadence de 5 minutes depuis les installations du Telecopio Nationale Galileo (TNG) à La Palma, en Espagne. Ennio Poretti, le directeur du TNG, est extrêmement satisfait de cette publication de données, en effet «  le couplage entre HARPS-N et le LCST fait du TNG une structure qui fonctionne non seulement toutes les nuits, mais aussi tous les jours de l’année » a t’il déclaré.

Diagramme de la vitesse radiale du Soleil échantillonnée toutes les 5 minutes pendant 5 ans

“Notre défi de construire un instrument simple et robuste pour observer le Soleil a été amplement récompensé par l’ensemble de données riches et uniques fournies par le LCST couplé à HARPS-N”, a déclaré David Phillips, chercheur principal au Centre d’astrophysique de Harvard-Smithsonian, aux États-Unis. Cet ensemble de données a déjà permis d’examiner les processus physiques qui sont à l’origine des variations intrinsèques de la vitesse radiale des étoiles. “L’analyse préliminaire montre qu’en utilisant ces données, il est possible d’atténuer les signaux stellaires d’un facteur deux “, explique Xavier Dumusque, ” permettant ainsi la détection de planètes presque deux fois plus petites qu’auparavant “.

Ces données sont désormais accessibles via le Centre de données et d’analyse des exoplanètes (https://dace.unige.ch/) hébergé par l’Université de Genève et PlanetS.