Entretiens scientifiques

Débusquer des exoplanètes grâce à l’un des plus performants instruments jamais conçus: entretien avec Romain Allart

En février dernier, l’Observatoire astronomique austral (European Southern Observatory, ESO) annonçait la découverte d’une petite exoplanète autour de l’étoile la plus proche du Système solaire, Proxima du Centaure. Cette découverte a été rendue possible grâce à ESPRESSO, un instrument installé il y a quelques années sur le Very Large Telescope au Chili.

Représentation artistique de Proxima du Centaure d, une petite exoplanète d’environ le double de la masse de Mars. (Crédit: ESO/L. Calçada)

L’équipe qui a fait cette annonce inclut Romain Allart, un chercheur postdoctoral Trottier de l’iREx. Il répond ici à nos questions sur ESPRESSO, sur cette nouvelle exoplanète autour de Proxima du Centaure et sur sa contribution, qui consistait en l’élaboration d’une nouvelle méthode de correction des données obtenues avec l’instrument.

iREx: Qu’est-ce qu’il y a de spécial à propos de la nouvelle exoplanète trouvée autour de Proxima du Centaure?

Romain Allart, un chercheur postdoctoral Trottier à l’iREx. (Crédit: M.-E. Naud)

Romain: Proxima du Centaure est l’étoile la plus proche de notre Système solaire. D’autres planètes étaient déjà connues autour de cette étoile, mais celle annoncée par notre équipe, qui s’appelle Proxima du Centaure d, est l’une des plus petites exoplanètes jamais découverte. Sa masse pourrait être aussi faible que le quart de la masse de la Terre, soit environ le double de celle de Mars. On se doutait que ces petites planètes existaient, mais c’est un véritable exploit technique de les détecter, alors on en connait très peu!

Cette planète se trouve environ 35 fois plus proche de son étoile que la Terre est du Soleil, et elle en fait le tour tous les 5 jours et des poussières. Elle est trop proche de son hôte pour être dans la zone dite habitable : elle reçoit trop d’énergie pour pouvoir conserver de l’eau liquide à sa surface. C’est donc une planète bien différente de la nôtre!

iREx: Parle-nous d’ESPRESSO. Pourquoi cet instrument est-il si efficace pour détecter des exoplanètes?

Romain: ESPRESSO, pour Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations, est un instrument installé en 2018 sur le Very Large Telescope à Paranal, au Chili. Le VLT compte quatre télescopes dont les miroirs font 8,2 mètres de diamètre. ESPRESSO peut exploiter la lumière d’un de ces quatre grands télescopes ou même des quatre combinés, ce qui lui permet d’atteindre des performances uniques.

À l’instar de son prédécesseur HARPS, installé aussi au Chili mais sur un site différent, ESPRESSO est un spectrographe qui exploite la méthode de vitesse radiale (ou vélocimétrie). Cette méthode implique de détecter les faibles déplacements périodiques d’une étoile générées par la présence d’une planète en orbite autour d’elle. Moins une planète est massive, moins cette oscillation est importante et moins la vitesse radiale (dans notre direction), qu’on peut mesurer avec un spectrographe, varie. Pour pouvoir identifier une planète aussi peu massive que Proxima du Centaure d, on doit avoir un instrument qui peut détecter une variation de vitesse de seulement 40 centimètres par seconde (1,44 kilomètres à l’heure), ce qui est remarquable. On a bon espoir que dans le futur, ESPRESSO puisse détecter des variations encore plus faibles, de l’ordre de 10 centimètres par seconde!

Les quatre télescopes du VLT à Paranal, au Chili, où est installé l’instrument ESPRESSO. (Crédit: ESO/B. Tafreshi)

iREx: Quelle est ta contribution à cette découverte?

Romain : J’ai développé une méthode pour améliorer les résultats obtenus avec ESPRESSO et d’autres spectrographes similaires. Pour atteindre une précision de 10 centimètres par seconde, il est en effet nécessaire d’avoir la capacité d’utiliser toute l’information qui nous est accessible en réduisant au maximum les sources de contamination. Cette méthode permet de réduire la contamination liée à l’atmosphère de la Terre. On peut l’appliquer aux données obtenues pour Proxima du Centaure.

iREx: Pourrais-tu résumer en quoi consiste cette méthode de correction que tu as développée?

Romain: C’est pendant que je complétais ma thèse de doctorat à Genève, en Suisse que j’ai développé cette méthode, que je viens tout juste de présenter en détails dans un article scientifique paru dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Notre objectif était de développer une méthode simple, automatique et avec peu de paramètres à ajuster pour éliminer la signature de l’atmosphère de la Terre dans les données de spectrographes comme ESPRESSO. Pour ce faire, on a construit un modèle simplifié de l’atmosphère de notre planète en combinant ses propriétés physiques avec les conditions météorologiques lors des observations. Ce modèle peut ensuite être ajusté aux spectres observés par l’instrument ESPRESSO, puis retiré de ces derniers.

En éliminant une grande portion du signal provenant de l’atmosphère de notre planète, notre méthode permet d’obtenir plus d’information sur la variation de la vitesse radiale de l’étoile, et donc, sur la possible présence de planètes autour d’elle. Elle pourra être utilisée lors de futures analyses, avec ESPRESSO et d’autres instruments similaires.

iREx: Quel travail as-tu dû faire pour obtenir ces résultats? De quoi ça aurait l’air si on te voyait travailler là-dessus?

Romain: Ce travail, comme souvent en astronomie, consiste à écrire un algorithme dans le langage de programmation Python, un langage très utilisé dans l’industrie aussi. Si vous me voyiez travailler, vous verriez simplement quelqu’un qui tape des lignes de codes dans un ordinateur! Ça peut sembler un petit peu ennuyant ou repoussant à prime abord, mais le langage Python est très simple d’utilisation et il y a beaucoup d’aide en ligne. J’aime bien me dire que cet outil me permet d’exploiter la force des ordinateurs modernes afin de mieux comprendre l’Univers!

iREx: Pourquoi ce genre de projet t’intéresse? Pourquoi le public devrait-il s’y intéresser?

Romain: Ce type de projet, plus technique, est essentiel à la bonne marche d’un instrument astronomique et sont les engrenages nécessaires aux grandes découvertes scientifiques. La méthode de correction que nous avons développée va être incluse dans la réduction des données ESPRESSO et sera offerte à la communauté scientifique. Elle permettra d’améliorer la qualité de toutes les études faites avec ESPRESSO, c’est motivant!

iREx: Quelles sont les prochaines étapes?

Romain: Les résultats de mon article montrent une nette amélioration de la qualité des résultats pour Proxima du Centaure. Combinée avec d’autres méthodes d’analyse, nous sommes certains qu’elle permettra de confirmer l’existence de l’exoplanète Proxima du Centaure d. Ce genre de confirmation indépendante est une étape cruciale dans toute découverte scientifique.

Nous sommes aussi en train d’adapter notre méthode pour un autre instrument auquel l’iREx contribue, le spectrographe NIRPS. Cet instrument aura le même rôle que ESPRESSO mais observera dans le proche infrarouge, aux côtés de son grand frère HARPS, installé sur le télescope de 3.6m de La Silla, au Chili.

Il y a donc encore beaucoup de pain sur la planche!

Note : Cette entrevue a été éditée dans un souci de clarté.