Un nouvel instrument de chasse aux planètes à l’observatoire WM Keck a atteint la « première lumière », capturant ses premières données du ciel et marquant un chapitre passionnant dans la recherche de planètes de la taille de la Terre autour d’autres étoiles, qui sont extraordinairement difficiles à détecter en raison de leur petite taille. Opérant sur le télescope Keck I sur l’île de Maunakea à Hawaiʻi, le Keck Planet Finder (KPF) est le spectromètre haute résolution le plus avancé au monde pour les longueurs d’onde visibles.
« L’avènement de KPF marque une avancée majeure et passionnante dans notre capacité à faire avancer la quête pour éventuellement trouver des planètes habitables semblables à la Terre autour d’autres étoiles », a déclaré le directeur Hilton Lewis de l’observatoire Keck. « Nous attendons l’arrivée de KPF depuis près d’une décennie, et nous sommes ravis de pouvoir faire passer notre programme de découverte d’exoplanètes déjà très réussi au niveau supérieur. »
« Voir le premier spectre astronomique de KPF a été une expérience émouvante », a déclaré Andrew Howard, chercheur principal de KPF et professeur d’astronomie à Caltech. « Je suis ravi d’utiliser l’instrument pour étudier la grande diversité des exoplanètes et pour percer les mystères de la façon dont elles se sont formées et ont évolué jusqu’à leur état actuel. »
Hier soir, le mercredi 9 novembre, l’équipe de KPF a capturé avec succès un premier spectre lumineux de Jupiter avec l’instrument de nouvelle génération, suivi d’un spectre de la première étoile de KPF, 51 Pegasi, qui héberge 51 Pegasi b, la première planète en orbite autour d’un étoile semblable au soleil découverte par la méthode Doppler. Il est maintenant sur le point de commencer à observer des mondes lointains avec une grande précision dans le but de répondre à l’une des questions les plus incontournables de l’astronomie : sommes-nous seuls ?
« Avant le récent boom des découvertes d’exoplanètes au cours des deux dernières décennies, nous ne savions pas vraiment quelles autres planètes existaient. Nous ne savions pas si notre propre système solaire ou notre propre Terre étaient communs », a déclaré Sherry Yeh, scientifique adjointe des instruments. pour KPF à l’observatoire de Keck. « Nous sommes la première génération qui comprendra vraiment les autres planètes de notre voisinage galactique. »
Environ une étoile de type solaire sur cinq a une planète de la taille de la Terre dans la zone habitable où les températures atmosphériques sont propices à l’eau liquide, le précurseur le plus important de la vie telle que nous la connaissons.
En utilisant la technique Doppler – une mesure mise au point à l’observatoire de Keck – KPF examinera et mesurera les exoplanètes à travers le comportement de leurs étoiles hôtes. Lorsqu’une planète orbite autour d’une étoile, elle exerce une force gravitationnelle qui fait « osciller » l’étoile. KPF recherchera cette oscillation stellaire, que les astronomes pourront ensuite mesurer pour déduire la masse et la densité de la planète qui tire sur l’étoile.
Moins la planète est massive, plus l’oscillation de l’étoile est petite et plus il est difficile d’attraper la lumière des étoiles qui va et vient. KPF est conçu pour relever ce défi; une fois entièrement mis en service, il sera capable de détecter des étoiles se déplaçant d’avant en arrière à une vitesse de seulement 30 centimètres/seconde. Pour mettre la puissance de KPF en perspective, son prédécesseur, l’instrument de chasse aux planètes actuel de l’Observatoire Keck appelé le spectromètre échelle haute résolution (HIRES), détecte les mouvements stellaires de 200 centimètres/seconde.
« Les défis de faire des mesures comme celle-ci auraient été considérés comme insurmontables il y a quelques décennies à peine », a déclaré Josh Walawender, scientifique des instruments pour KPF à l’observatoire Keck. « KPF est le résultat d’une quantité étonnante d’ingéniosité humaine qui a été appliquée pour résoudre des problèmes et contourner les obstacles à notre compréhension de l’univers qui nous entoure. »
Ce qui distingue ce spectromètre à la pointe de la technologie, c’est qu’il est fabriqué à partir d’un type inhabituel de matériau hybride vitrocéramique appelé Zerodur, le même matériau utilisé pour fabriquer les segments de miroir primaires emblématiques de l’observatoire Keck. Fabriqué par la société Schott AG, Zerodur conserve sa forme quelles que soient les variations de température. Cette stabilité thermique est essentielle pour KPF car tout mouvement dans l’instrument peut conduire à de faux signaux qui semblent être des décalages Doppler des étoiles. En réduisant les mouvements thermiques, KPF peut détecter et caractériser les exoplanètes avec une efficacité inégalée.
« C’est le premier spectromètre à intégrer Zerodur dans sa conception », a déclaré Howard. « Le matériau, qui se présente sous forme de dalles géantes, est très fragile et difficile à travailler, mais c’est ce qui rend KPF si sensible aux petites planètes. »
Conçu en 2014, KPF est spécialement conçu pour l’observatoire Keck en tant que complément essentiel aux télescopes de chasse aux planètes existants de la NASA, notamment Kepler, TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) et le télescope spatial romain Nancy Grace, qui surveillent des milliers d’exoplanètes à la recherche de mondes. comme le nôtre. Les candidats les plus probables seront ensuite étudiés de plus près à l’aide de télescopes au sol comme l’observatoire de Keck, qui peuvent recueillir des images et des spectres détaillés pour mieux comprendre les biosignatures atmosphériques – des indicateurs clés de la température et du type de gaz présents.
Les scientifiques et les ingénieurs ont passé les derniers mois à installer et à calibrer le nouveau spectrographe à l’installation de Maunakea de l’observatoire Keck. Auparavant, les composants de KPF étaient assemblés au laboratoire des sciences spatiales de l’UC Berkeley et à Caltech.
« Pour moi, KPF représente l’un des meilleurs traits de l’humanité : l’humble désir de voir et d’apprendre sur l’univers qui nous entoure et ainsi mieux comprendre l’endroit où nous vivons », a déclaré Walawender.
KPF sera à la disposition de la communauté scientifique pour la recherche sur les exoplanètes à partir du printemps 2023.