[Question Annexe] : C'est quoi l'imagerie directe ?

Bonjour !

Si tu arrives ici, c'est probablement parce que tu cherches à en savoir plus sur ce que je faisais comme recherche.

Je disais ici que je travaillais en effet sur l'imagerie directe d'exoplanète. J'ai expliqué ici ce qu'était une exoplanète, je vais maintenant expliquer ce qu'est "l'imagerie directe d'exoplanète".

Je vais dans cet article donner des distances dans des unités astronomiques, donc je te conseille d'aller ici pour avoir une vue plus claire sur les différentes unités de distance qu'on utilise en astrophysique.

Alors, l'imagerie directe, c'est une méthode de détection d'exoplanètes. Détection, parce que, comme tu le sais déjà, les exoplanètes ne sont pas dans notre système solaire, on ne peut donc pas aller "les voir" sur place, comme on fait pour les planètes de notre système solaire. Tu le sais peut-être déjà, mais les sondes/robots que l'Humanité a envoyé le plus loin de la Terre ne sont pas encore vraiment sorties du système solaire. Il s'agit des sondes Voyager 1 et 2, qui sont à l'heure actuelle à 150 et 123 UA (unités astronomiques) du Soleil respectivement, en plein nuage d'Oort, alors qu'elles ont été envoyées en 1977, c'est-à-dire il y a 43 ans.
L'étoile la plus proche du Soleil est Alpha Centauri, dont je parle déjà dans l'article sur les distances en astrophysique, qui est à un peu moins de 5 années-lumière, soit un peu moins de 270 000 UA, c'est-à-dire environ 1 800 fois plus loin que Voyager 1, qui est la sonde la plus éloignée de la Terre à l'heure actuelle.
Sachant que Voyager 1 est à 1/1800e du trajet entre le Soleil et Alpha Centauri et qu'elle a déjà mis 43 ans pour en arriver là, petit problème de maths : combien de temps lui faudrait-il pour atteindre l'étoile la plus proche du Soleil ?

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77 400 ans, eh oui !!

Tout ça pour la plus proche étoile de chez nous. Autant dire définitivement que non, nous ne pouvons pas aller voir d'exoplanètes, on est bel et bien obligés de détecter ces exoplanètes depuis chez nous.

Ceci étant dit, on dispose de tout un panel de méthodes pour détecter des exoplanètes. A l'époque où j'étais doctorant, j'avais construit une conférence pour collégiens sur les différentes méthodes de détection. Si ça vous intéresse, écrivez-moi et si vous êtes suffisamment nombreux et nombreuses je demanderai à Mme BARROS si on peut faire la conférence au collège après le confinement (ou par Classe Virtuelle si c'est trop long d'attendre pour vous haha).

Pour faire court, l'imagerie directe, c'est prendre une "photo" du système qu'on regarde. On pointe notre télescope sur l'étoile où on pense qu'il y a des exoplanètes (ou sur une étoile où on sait déjà qu'il y en a), et on prend plein de photos, généralement en infrarouge.

Ceci est le "spectre" de la lumière, en gros. Notre oeil humain n'est sensible qu'à la partie "visible", celle sur laquelle l'image a zoomée, mais il existe toute une partie du spectre que nous ne pouvons pas voir. Parmi tout ça, il y a l'infrarouge, noté IR sur l'image. (Image créée par Philip Ronan, Gringer -- CC BY-SA 4.0)

Pourquoi les images sont-elles prises dans l'infrarouge ? Parce que c'est là que le rapport de luminosité entre l'étoile et la planète est le plus élevé. Dit autrement, si on veut arriver à atténuer la lumière de l'étoile pour faire ressortir celle de la planète dans l'image, l'infrarouge est tout indiqué car le rapport entre les deux luminosités y est le plus fort.

On voit ici la luminosité émise par une étoile qui s'appelle Beta Pictoris (en rouge) et par une exoplanète qui lui tourne autour et qui s'appelle Beta Pictoris b (en vert). Attention, la luminosité de Beta Pic b est multipliée par 1000 ici, sinon on ne la voit pas ! L'axe des abscisses représente la longueur d'onde de la lumière, c'est-à-dire la "couleur". Entre 1 et 3 microns (moitié droite de l'image donc), c'est l'infrarouge. On voit bien que l'infrarouge est intéressant car la luminosité de l'étoile est très basse (courbe rouge) alors que celle de la planète est à son maximum (courbe verte).

Ainsi, en imagerie directe, on prend essentiellement des photos dans l'infrarouge. On utilise un "masque" sur le centre de l'image pour atténuer au maximum la lumière de l'étoile, et ainsi la lumière de la planète est "plus simple" à détecter.
Plus simple, il faut le prendre avec de grosses pincettes. Ca prend quand même des heures et des centaines voire des milliers de lignes de code pour traiter les images et avoir une chance de faire "apparaître" une étoile dans les données. Parce que même si la lumière de l'étoile est relativement bien masquées, il reste beaucoup d'artefacts et de "problèmes" techniques à gérer.

Et puis finalement quand au bout de plusieurs heures de codage, de traitement d'images, etc on obtient ça (voir ci-dessous), on est super contents !

Détection de trois exoplanètes autour de HR 8799.

Je vous l'accorde ce que je vous raconte là est juste la surface de ce qu'est l'imagerie directe d'exoplanètes. Il y a plein de choses à dire sur ce sujet, peut-être en ferai-je le sujet de prochains articles ?