Chasseur d'exoplanètes original, le spectropolarimètre Spirou installé au télescope Canada-France-Hawaï, est en phase de tests. Conçu pour cibler les naines rouges à seulement quelques années-lumière, il fonctionne dans l'infrarouge et pourra détecter des exoplanètes de la taille de la Terre. Jean-François Donati, le responsable scientifique de l'instrument, nous explique cette stratégie.
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Spirou (pour Spectropolarimètre infrarougeinfrarouge), le nouveau spectropolarimètre et chasseur de planètes développé pour le télescopetélescope Canada-France-Hawaï (TCFH), vient de collecter avec succès sa première lumière d'étoileétoile. Cet instrument international, porté par la France, devrait débuter à l'automneautomne prochain ses missions scientifiques : « la détection d'exoplanètesexoplanètes autour de naines rougesnaines rouges voisines du Système solaireSystème solaire et l'étude des étoiles et des planètes naissantes », nous explique Jean-François Donati, directeur de recherche CNRS et responsable scientifique de l'instrument Spirou.

Spirou n'est pas un simple instrument de plus dédié à la détection des exoplanètes ! Il se différencie des autres chasseurs d'exoplanètes par « sa capacité à observer les naines rouges ». Cet instrument, en effet, « observe dans l'infrarouge, alors qu'aujourd'hui la grande majorité des instruments similaires fonctionnent dans le visible ». Plus petites et moins chaudes que le SoleilSoleil, ces étoiles rayonnent essentiellement dans l'infrarouge de sorte que les instruments fonctionnant dans le visible sont « beaucoup moins efficaces pour découvrir des planètes autour d'elles ».

Spectre d’AD Leonis. Située dans la constellation du Lion et distante d'environ 16 années-lumière de la Terre, cette étoile a été la première cible de Spirou. La forte activité d'AD Leonis, ses éruptions extraordinairement énergétiques et les perturbations spectrales qui en découlent confèrent à cette étoile un intérêt évident pour ces premiers tests sur le ciel, lors desquels Spirou a pu détecter et mesurer le champ magnétique présent à sa surface. © Équipe Spirou

Spectre d’AD Leonis. Située dans la constellation du Lion et distante d'environ 16 années-lumière de la Terre, cette étoile a été la première cible de Spirou. La forte activité d'AD Leonis, ses éruptions extraordinairement énergétiques et les perturbations spectrales qui en découlent confèrent à cette étoile un intérêt évident pour ces premiers tests sur le ciel, lors desquels Spirou a pu détecter et mesurer le champ magnétique présent à sa surface. © Équipe Spirou

Une importante population de naines rouges

L'intérêt d'observer ces naines rouges s'explique par leur grand nombre. On estime qu'elles représentent 80 % des étoiles de la Voie lactéeVoie lactée. Comme l'ont montré les observations récentes de Kepler (NasaNasa), « le nombre de planètes autour d'une étoile est d'autant plus important que la massemasse de l'étoile est petite ». Les astronomesastronomes sont convaincus que « la quasi totalité des naines rouges abritent un système planétaire de plusieurs planètes ». Or, très peu de ces planètes sont connues et recensées. Sur les 100 naines rouges les plus proches du Soleil, distantes d'une vingtaine d'années-lumièreannées-lumière, « seules une quinzaine d'exoplanètes ont été observées », alors que les astronomes estiment qu'il en existe plusieurs centaines.

Le nombre de planètes autour d’une étoile est d’autant plus important que sa masse est petite

Pour observer dans l'infrarouge, Spirou est « refroidi à une température de 200 °C au-dessous de zéro ». Sa température est régulée avec « une précision d'un millième de degré » afin de pouvoir détecter « les infimes signatures spectrales induites dans la lumière des étoiles par la présence de planètes ». Spirou a aussi la particularité d'être le chasseur de planètes qui observe « le plus loin dans l'infrarouge, jusqu'à 2,4 µm ». C'est dans cette bande spectrale que se trouve « l'essentiel de l'information accessible sur la vitessevitesse de l'étoile par rapport à la TerreTerre ».

Le spectropolarimètre Spirou, avant fermeture de son enceinte cryogénique. © Sébastien Chastanet, CNRS / OMP

Le spectropolarimètre Spirou, avant fermeture de son enceinte cryogénique. © Sébastien Chastanet, CNRS / OMP

L'autre particularité renforçant l'attrait de cet instrument est qu'en plus d'être un vélocimètre, « capable de révéler par effet Dopplereffet Doppler les minuscules fluctuations de vitesse des étoiles qui témoignent de la présence de planètes en orbiteorbite », Spirou est « également un polarimètre ». C'est-à-dire qu'il pourra fournir des informations sur « le champ magnétique des naines rouges et sur leur activité qui se manifeste par des éruptions ou des taches à leur surface ».

Les observations de Spirou permettront en particulier de « mesurer la masse des planètes découvertes » afin notamment de caractériser « les plus intéressantes d'entre elles, à savoir les jumelles de la Terre qui se trouvent dans la zone habitable de leur étoile ». La méthode de mesure utilisée par Spirou, dite des vitesses radiales, est donc complémentaire de la méthode mise en œuvre par les satellites comme CorotCorot, Kepler et Tess, dite du transittransit, qui permet de mesurer le rayon des planètes détectées.

Spirou devrait voir sa première exoplanète en 2019.