Feu vert pour SPIRou, chasseur d’exo-Terres

Neuf mois après avoir capté ses premières images du haut du Maunakea à Hawaii, l’instrument scientifique SPIRou (SpectroPolarimètre InfraRouge) a reçu le feu vert pour débuter sa campagne d’observations scientifiques au télescope Canada-France-Hawaii (TCFH). L’instrument fut livré au TCFH en janvier 2018 et a depuis été soumis à de nombreux tests de performance pour s’assurer qu’il soit en mesure d’atteindre les objectifs scientifiques de l’équipe internationale de SPIRou.

L’idée derrière SPIRou

L’idée de construire un instrument tel que SPIRou a fait surface en 2010. À ce moment, le télescope spatial Kepler avait déjà entamé sa campagne d’observation et mettait à jour une quantité surprenante d’exoplanètes candidates en utilisant la méthode du transit. Bien que cette méthode soit très efficace, elle ne permet pas de connaitre certaines caractéristiques importantes des étoiles hôtes et de leurs planètes détectées, telle que la masse de la planète. Des chercheurs de la France, du Canada, du Brésil, de Taiwan, de la Suisse et du Portugal ont donc décidé de construire un instrument qui pourrait combler ce manque d’information et répondre à plusieurs questions importantes : « Où se trouvent les exoplanètes habitables les plus proches? » et « Comment la formation des planètes et des étoiles est-elle affectée par leurs champs magnétiques? ».

SPIRou, un spectropolarimètre infrarouge à haute résolution et un vélocimètre de haute précision, a été conçu pour détecter des exoplanètes semblables à la Terre grâce au mouvement induit sur leurs étoiles hôtes ainsi que pour étudier les champs magnétiques de systèmes stellaires. Dirigé par Jean-François Donati (Université de Toulouse, IRAP), chercheur principal du projet, et de René Doyon, co-chercheur principal, SPIRou porte une attention particulière aux exoplanètes rocheuses semblables à la Terre qui orbitent des naines rouges, des étoiles plus froides et moins massives que notre Soleil qui sont très nombreuses dans notre voisinage solaire. Il sera non seulement en mesure d’effectuer des observations de suivi des candidats Kepler, mais deviendra également un instrument incontournable pour mesurer la masse de nouvelles exoplanètes proches qui seront bientôt découvertes par la mission de la NASA Transiting Exoplanet Survey (TESS). Ces planètes seront des candidates de premier plan pour le télescope spatial James Webb (JWST) qui détectera leurs atmosphères.

Une équipe québécoise forte en instrumentation

Le système optique du spectrographe de SPIRou sur le banc cryogénique dans la salle blanche de l’IRAP/OMP. (Crédit: S. Chastanet/CNRS/UPS/OMP)

S’appuyant sur leur forte expertise en instrumentation, le groupe de recherche d’astronomie à l’Université de Montréal et le groupe de recherche en ingénierie optique de Université Laval étaient fort bien positionnés pour aider avec la construction de SPIRou. Les deux universités ont un long héritage en développement d’instruments astronomiques qui a mené à la création du Laboratoire d’astrophysique expérimentale à l’Observatoire du Mont-Mégantic qu’ils dirigent conjointement.

Professeur à l’Université Laval et membre associé de l’iREx, Simon Thibault et son équipe ont grandement contribué à la conception optique du spectrographe et de la caméra scientifique de SPIRou. L’équipe a également travaillé sur l’intégration optomécanique de la caméra SPIRou qui exigeait que les lentilles soient centrées avec une précision de l’ordre du micromètre. Le professeur Thibault, titulaire d’une chaire de recherche industrielle du CRSNG et directeur du Laboratoire de recherche en ingénierie optique à Québec, a supervisé le développement de nombreux systèmes optiques de pointe. À travers des collaborations internationales, il est très impliqué dans la conception et le développement d’instruments astronomiques majeurs pour la prochaine génération de télescopes.

L’équipe de l’Université de Montréal, dirigée par le directeur de l’iREx et co-chercheur principal de SPIRou, le professeur René Doyon, a mené les efforts de conception et de développement de la caméra SPIRou et du détecteur infrarouge et a contribué à un certain nombre de ses autres composantes. Les scientifiques en chef du projet sont Étienne Artigau, membre de l’iREx, et Xavier Delfosse de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble. Jusqu’à tout récemment, le projet était également dirigé avec brio par Olivier Hernandez, l’un des membres fondateurs de l’iREx et maintenant directeur du Planétarium Rio Tinto Alcan de Montréal.

Afin d’observer les étoiles naines rouges plus froides, les instruments de SPIRou doivent fonctionner dans l’infrarouge, et l’équipe UdeM/ULaval a cumulé une quantité impressionnante d’expertise dans ce domaine en travaillant sur d’autres instruments infrarouges tels que NIRISS du JWST, WIRCAM sur le TCFH et GPI sur Gemini-Sud.

Tester l’instrument au TCFH

Au cours de la dernière année, SPIRou a été soumis à des tests rigoureux par l’équipe de projet pour mesurer sa performance sur des paramètres d’observation importants, y compris sa précision en vitesse radiale. Des tests de performance et un comité d’examen ont confirmé que l’instrument est prêt à entreprendre ses opérations scientifiques et qu’il pourra débuter son ambitieuse campagne d’observations dès la mi-février.

Les membres de l’iREx Étienne Artigau et Neil Cook ont joué un rôle particulièrement critique pour atteindre le seuil de précision actuel de 2 m/s en vitesse radiale, ce qui représente une des meilleures performances à ce jour pour un instrument infrarouge d’envergure comparable. L’équipe SPIRou est convaincue qu’une amélioration des algorithmes de réduction des données ainsi que des algorithmes responsables de la correction des raies spectrales dues à l’atmosphère terrestre augmentera la précision de SPIRou à un degré de précision de 1 m/s, qui était le but initial du projet. Il s’agit du niveau de précision requis pour détecter le mouvement des naines rouges dû à la présence d’une planète semblable à la Terre en orbite autour de celle-ci et elle est équivalente à la vitesse moyenne de marche d’un humain sur Terre.

Prochaines étapes

SPIRou utilisera près d’un quart du temps d’observation du télescope Canada-France-Hawaii lors des quatre prochaines années. (Crédit: CFHT)

Cinquante nuits ont déjà été allouées pour le semestre 2019A, soit lors des prochains 6 mois, du SPIRou Legacy Survey qui cherche à répondre aux plus grandes questions scientifiques de SPIRou, et 300 nuits ont été allouées à ce programme au cours des quatre prochaines années. SPIRou observera bientôt de nombreuses cibles bien connues, y compris le célèbre système TRAPPIST-1 qui contient sept planètes rocheuses de la taille de la Terre en orbite autour d’une étoile naine située à environ 40 années-lumière. Les exoplanètes étudiées par SPIRou seront des candidates idéales pour la mission JWST qui utilisera la spectroscopie de transit pour caractériser les atmosphères des exoplanètes et déterminer leur potentiel pour la vie.

Informations sur l’équipe

SPIRou a été conçu, financé et construit grâce à un consortium mondial d’instituts, à savoir l’IRAP (CNRS/UPS), les Services communs de l’Observatoire Midi-Pyrénées (CNRS/UPS/IRD/CNES/MétéoFrance), l’Observatoire de Haute-Provence, l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes), le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/CNES/AIx-Marseille Université), l’Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS/Sorbonne Université), le Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique du Conseil National de Recherches Canada, le Centre d’optique, photonique et laser de l’Université Laval, l’Observatoire du Mont-Mégantic, l’Université de Montréal au Canada, l’Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics à Taiwan, l’Observatoire de Genève en Suisse, le Laboratório Nacional de Astrofísica au Brésil, le Centro de Astrofísica da Universidade do Porto au Portugal et, bien sûr, le Télescope Canada-France-Hawaii.

Personnes ressources

Pour les journalistes

Nathalie Ouellette
Coordonnatrice, Institut de recherche sur les exoplanètes
Université de Montréal
Tél: 514-343-6111, poste 3196
nathalie@astro.umontreal.ca

Anne-Sophie Poulin-Girard
Professionnelle de recherche, Centre d’optique, photonique et laser
Université Laval
Tél: 418-656-2131, poste 404646
anne-sophie.poulin-girard@copl.ulaval.ca

Contacts scientifiques

Jean-François Donati
Directeur de recherche CNRS
Université de Toulouse, IRAP
jean-francois.donati@irap.omp.edu

René Doyon
Directeur de l’Observatoire du Mont-Mégantic
Directeur de l’Institut de recherche sur les exoplanètes
Professeur, Université de Montréal
doyon@ASTRO.UMontreal.CA

Simon Thibault
Chaire de recherche industrielle CRSNG
Directeur, Laboratoire de recherche en ingénierie optique
Professeur, Université Laval
simon.thibault@phy.ulaval.ca