L’Observatoire du Vatican à la recherche d'exoplanètes grâce aux étoiles

Des astrophysiciens de l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam près de Berlin et de la Specola Vaticana (autrement dit l’Observatoire astronomique du Vatican), ont collaboré à la réalisation d'une étude spectroscopique de plus d'un millier d'étoiles brillantes soupçonnées d'abriter des exoplanètes. L'équipe, qui comprend les astronomes p. Paul Gabor, S.J., p. David Brown, S.J., et p. Chris Corbally, S.J., ainsi que l'ingénieur Michael Franz, a présenté mardi 21 mars les valeurs précises de 54 paramètres spectroscopiques pour chaque étoile dans le premier d'une série d'articles publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics et rend toutes les données publiques pour la communauté scientifique. Ce nombre sans précédent de paramètres sera essentiel pour interpréter la lumière des étoiles et trouver des liens entre les propriétés des étoiles et leurs éventuelles planètes, explique un communiqué de l’Observatoire du Vatican.

Le langage des étoiles est la lumière

Les étoiles racontent des histoires sur elles-mêmes et parfois sur leurs planètes inconnues. Leur langage est la lumière. La lumière des étoiles révèle de nombreuses propriétés physiques de l'étoile, telles que la température, la pression, le mouvement, la composition chimique. Les chercheurs analysent la lumière à l'aide d'une méthode appelée spectroscopie d'absorption quantitative. Pour ce faire, les télescopes captent la lumière des étoiles et les spectrographes la décomposent par longueur d'onde en un spectre semblable à un arc-en-ciel, qui représente l'empreinte digitale de la lumière de l'étoile. Lorsque les astronomes connaissent ces paramètres avec précision, ils peuvent les utiliser pour tester leurs modèles théoriques d'étoiles. Souvent, il s'avère que les modèles présentent des lacunes ou que les observations des spectres stellaires sont encore trop imprécises. Mais parfois, elle révèle qu'une étoile a une histoire surprenante pour les astronomes. C'est ce qui a incité l'équipe Potsdam-Vatican à mener une enquête ultra-précise sur les étoiles susceptibles d'abriter des planètes.

Détections d'exoplanètes

«Comme les étoiles et leurs planètes se forment ensemble, la question s'est posée de savoir si l'existence de certains éléments chimiques dans une atmosphère stellaire, ou leurs rapports isotopiques ou d'abondance, sont indicatifs d'un système planétaire», explique le professeur Klaus G. Strassmeier, auteur principal de l’étude, directeur de l'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam. Les astronomes ont émis l'hypothèse que la quantité de différents éléments chimiques présents dans une étoile pouvait indiquer la présence de planètes terrestres (des mondes rocheux comme la Terre ou Mars), suggérer l'âge de ces planètes et même fournir des indices permettant de savoir si l'étoile a «mangé» certaines de ses planètes. Ces questions doivent être approfondies et les données publiées mardi constituent la base de ces recherches.

Sur les plus de 5 000 exoplanètes confirmées (planètes en orbite autour d'étoiles autres que le soleil), 75% ont été découvertes depuis l'espace en observant la lumière des étoiles qui diminue lorsque les planètes passent devant elles. La mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA a découvert des exoplanètes de cette manière. Elle a détecté d'autres exoplanètes en observant les parties du ciel les plus éloignées de l'écliptique (le plan dans lequel la Terre tourne autour du Soleil), appelées pôles écliptiques. Les observateurs de l'hémisphère nord sont en mesure d'observer le pôle nord de l'écliptique et cette recherche d'étoiles susceptibles d'abriter des planètes dans cette région s'appelle la recherche du pôle nord de l'écliptique Vatican-Potsdam (VNEP).

Une heure et demie de télescope

La recherche s'est concentrée sur le champ d'observation le plus riche de la mission TESS, une zone du ciel environ 4 000 fois plus grande que la pleine lune. L'ensemble des quelque 1 100 étoiles susceptibles d'abriter des planètes dans ce champ ont été analysées. Il a fallu jusqu'à 1,5 heure de télescope pour capter suffisamment de lumière pour obtenir un seul spectre de haute qualité. Avec plusieurs observations pour chaque étoile, il a fallu cinq ans pour achever l'étude. L'enquête a utilisé des télescopes situés sur deux sites: en Arizona, le télescope "Alice P. Lennon" de l’Observatoire du Vatican et l'installation astrophysique "Thomas. J. Bannan" (Vatican Advanced Technology Telescope ou VATT) ont fourni de la lumière à l'instrument polarimétrique et spectroscopique de Potsdam (PEPSI) de l'institut astrophysique allemand. Ces instruments ont généré les spectres des plus petites étoiles avec une précision sans précédent.

Comprendre la Création

À Ténériffe dans les Canaries, l'observatoire STELLA (StellTELLar Activity) de l'Institut Leibniz a utilisé le spectrographe d'Echelle STELLA pour capter la lumière d'étoiles géantes avec une précision moindre mais néanmoins élevée. Martina Baratella, l'une des chercheuses postdoctorales de l'Institut Leibniz de Potsdam ayant participé à l'étude, explique comment «les spectres ont révélé des éléments parmi les plus difficiles à observer». Les rapports d'abondance tels que carbone/fer ou magnésium/oxygène suggèrent l'existence et l'âge de planètes rocheuses autrement inconnues. Le professeur Strassmeier espère annoncer bientôt d'autres découvertes, bien qu'il faille un certain temps pour analyser complètement les données de l'étude. «Auguste Comte, fondateur du positivisme français, a écrit un jour que nous ne saurions jamais de quoi les étoiles étaient faites. Il était loin de se douter que la lumière des étoiles portait en elle des "empreintes digitales" qui pouvaient nous en apprendre beaucoup sur les étoiles. La création semble être faite pour nous permettre de la comprendre, un parallèle avec ce que la révélation biblique nous dit sur la façon dont Dieu veut être connu», estime pour sa part le père Gabor.

L'Institut Leibniz d'astrophysique de Potsdam est le successeur de l'Observatoire de Berlin, fondé en 1700, et de l'Observatoire astrophysique de Potsdam, fondé en 1874. Ce dernier a été le premier observatoire au monde à mettre explicitement l'accent sur le domaine de recherche de l'astrophysique.