Le peigne de fréquence optique de HARPS validé

Le peigne de fréquence optique de HARPS est maintenant installé sur l'instrument chercheur de planètes HARPS du télescope de 3,6 mètres de l'ESO à l'observatoire La Silla au Chili et a effectué une première phase de validation. L'amélioration de la précision rendue possible par cette nouvelle installation devrait permettre à HARPS de détecter pour la première fois des planètes de la masse de la Terre sur des orbites similaires à l'orbite terrestre autour d'autres étoiles.

Un peigne de fréquence optique peut être utilisé comme une règle avec laquelle les spectres d'objets astronomiques pourront être mesurés avec une précision jamais atteinte à ce jour. Cela permet de détecter les minuscules variations de vitesse des étoiles induites par une planète similaire à la Terre. L'idée est de construire un tel système pour le chasseur de planètes HARPS installé sur le télescope de 3,6 mètres de l'ESO qui est disponible pour des observations nocturnes à l'observatoire de La Silla.

Le peigne de fréquence a été complètement repensé depuis son essai expérimental en 2012, et fournit maintenant une fiabilité accrue, une plus grande étendue en longueur d'onde (de 460 à 690 nanomètres) et environ 15000 raies par spectre.

Les équipes d'astronomes brésiliens, espagnols et de l'ESO ont voyagé avec les membres des équipes du MenloSystems GmbH et du Max Planck Institute for Quantum Optics au Chili pour assembler et tester le système pendant 10 jours. La phase de test, terminé le 18 avril 2015, était une étape importante pour déterminer la précision, la fiabilité et l'exactitude du système. Une analyse poussée des quelques 3000 spectres collectés est en cours.

Deux peignes de fréquence optique indépendants fonctionnant simultanément et avec un espacements des raies différent ont été testés, de façon à démontrer la fiabilité du système en utilisant une source indépendante, et pour isoler les biais liés au peigne de fréquence. Le second peigne de fréquence utilisé pendant la phase de test était un prêt de Universitäts-Sternwarte München.

Une précision de mesure de la vitesse stellaire meilleure que 0,2 km/h (5 cm/s) a été obtenue en un seul spectre. En combinant plusieurs spectres, on améliore la précision jusqu'à 0,07 km/h (2 cm/s)[1]. En comparaison, la variation de vitesse radiale du Soleil induite par le mouvement orbital de la Terre est de 0,3 km/h (9 cm/s), donc le nouveau peigne de fréquence optique permet en principe, pour la première fois, la détection de planètes similaires à la Terre sur des orbites semblables à celle de la Terre[2].

Une seconde phase de test va suivre pour comprendre quelques points non résolus, et pour démontrer que le peigne de fréquence optique est prêt à être utilisé régulièrement par des non-spécialistes.

Le peigne de fréquence optique de HARPS est un projet qui est le fruit d'une collaboration entre le Federal University of Rio Grande do Norte au Brésil, l'Instituto de Astrofísica de Canarias en Espagne et l'ESO. Le peigne lui-même a été développé par MenloSystems GmbH à Munich.

C'est le premier projet instrumental à l'ESO conduit en partenariat avec une université brésilienne.

Notes

[1] Cela se traduit par des petits déplacements des raies du spectre sur le détecteur — 0,85 et 0,34 nanomètre respectivement. En comparaison, les atomes de silicium du réseau cristallin du détecteur sont séparés d'une distance de 0,54 nanomètre.

[2] On suppose que des sources de bruit, comme la présence de taches solaires ou une autre activité stellaire, ne sont pas trop importantes au point de cacher le signal de la planète en orbite ou que leurs contributions peuvent être soit modélisées, soit moyennées.

L'équipe du LFC était composée de :

• ESO: L. Pasquini, G. Avila, F. Kerber, G. Lo Curto, A. Manescau, E. Pozna, J. Urrutia

• UFRN: J.R. de Medeiros, B. Cantos, I. Leao