L’instrument GRAVITY innove dans le domaine de l’imagerie exoplanétaire

L’Observatoire Européen Austral (ESO) a effectué la première observation directe d’une exoplanète au moyen de l’interférométrie optique, à l’aide de l’instrument GRAVITY qui équipe le Very Large Telescope. Cette technique innovante a permis de révéler les dégâts causés par une tempête à la surface d’une exoplanète. Voici le communiqué de presse scientifique publié par l’ESO:

L’instrument GRAVITY qui équipe l’Interféromètre du Very Large Telescope (VLTI) de l’ESO a effectué la première observation directe d’une exoplanète au moyen de l’interférométrie optique. Cette technique a révélé l’existence d’une atmosphère exoplanétaire complexe composée de nuages de fer et de silicates emportés dans une tempête à l’échelle planétaire. Cette technique offre des possibilités uniques de caractériser nombre d’exoplanètes connues à ce jour.

Ce résultat a été annoncé ce jour par la collaboration GRAVITY au travers de la publication d’une lettre au sein de la revue Astronomy and Astrophysics. Y sont présentées les observations de l’exoplanète HR8799e effectuées au moyen de l’interférométrie optique. Cette exoplanète fut découverte en 2010 en orbite autour de la jeune étoile HR8799 de la séquence principale, distante de quelque 129 années lumière de la Terre et nichée au cœur de la constellation de Pégase. Le résultat d’aujourd’hui dévoile de nouvelles caractéristiques de HR8799e. Son obtention a requis l’utilisation d’un instrument doté d’une résolution et d’une sensibilité particulièrement élevées. GRAVITY peut utiliser les quatre unités télescopiques du VLT de l’ESO, les combiner afin de constituer un télescope unique de dimensions plus étendues selon une technique baptisée interférométrie. S’ensuit la création d’un super-télescope – le VLTI – capable de collecter la lumière en provenance de l’atmosphère de HR8799e et de précisément la discerner de la lumière issue de son étoile hôte. HR8799e est un super-Jupiter, soit un monde bien différent de ceux qui composent notre Système Solaire, bien plus massif et plus jeune que les planètes qui orbitent autour du Soleil. Agée de 30 millions d’années seulement, cette exoplanète est suffisamment jeune pour offrir aux scientifiques une fenêtre sur la formation des planètes et des systèmes planétaires. Cette exoplanète est particulièrement inhospitalière – l’énergie résiduelle issue de sa formation et un puissant effet de serre portent la température de surface de HR8799e à quelque 1000 °C en effet.

La périphérie de l’étoile HR 8799 — Sur cette image champ large figurent les environs de la jeune étoile HR 8799 dans la constellation de Pégase. Cette image a été créée à partir de clichés issus du Digitized Sky Survey 2. La localisation de HR 8799 est indiquée. Crédit: ESO/ Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide de Martin.

C’est la toute première fois que l’interférométrie optique est utilisée pour discerner les détails d’une exoplanète. Cette nouvelle technique a permis d’obtenir un spectre d’une qualité inégalée, dix fois plus détaillé que toutes les observations antérieures. Les mesures effectuées par l’équipe ont révélé la composition de l’atmosphère de HR 8799e – quelques surprises furent au rendez-vous. Sylvestre Lacour, chercheur CNRS à l’Observatoire de Paris – PSL et à l’Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, par ailleurs leader de l’équipe explique.

Notre analyse a montré que HR8799e est dotée d’une atmosphère composée d’une quantité de monoxyde de carbone nettement supérieure à celle de méthane – ce qui surprend, connaissant la chimie d’équilibre. Ce résultat surprenant peut s’expliquer par la présence, au sein de l’atmosphère, de puissants vents verticaux qui empêchent le monoxyde de carbone de s’associer à l’hydrogène afin de donner du méthane.

L’équipe a découvert que l’atmosphère était également composée de nuages de poussière de fer et de silicates. Ce résultat, combiné à l’excès de monoxyde de carbone, laisse à penser que l’atmosphère de HR8799e subit actuellement une énorme tempête particulièrement violente. Sylvestre Lacour ajoute:

Nos observations évoquent une boule de gaz illuminée de l’intérieur, des rayons de lumière chaude tourbillonnant au travers de zones orageuses constituées de nuages sombres. Des mouvement convectifs enserrent les nuages de particules de silicates et de fer, qui se disloquent et s’infiltrent en surface, sous la forme de pluies. En résulte l’image de l’atmosphère dynamique d’une jeune exoplanète géante, subissant de complexes processus physico-chimiques.

Ce résultat s’appuie sur la série d’impressionnantes découvertes effectuées par GRAVITY, parmi lesquelles figure l’observation, l’an passé, de gaz tourbillonnant à une vitesse avoisinant 30% de la vitesse de la lumière en périphérie de l’horizon du trou noir massif de la Voie Lactée. Il ajoute une nouvelle méthode d’observation des exoplanètes à l’arsenal de méthodes existantes dont disposent déjà les télescopes et les instruments de l’ESO – ouvrant ainsi la voie à de nombreuses autres découvertes impressionnantes.