astronomie

Un chasseur de planètes est installé dans les montagnes chiliennes

Fruit de dix ans de travail à Genève, le spectrographe Espresso est désormais monté au Chili, dans le désert d'Atacama. Il sera disponible pour que les astronomes européens l’utilisent et détectent des planètes similaires à la Terre

En plein désert d’Atacama, à 2600 mètres d’altitude dans les montagnes chiliennes, le soleil se couche sur la residencia. L’hôtel des astronomes est mondialement connu depuis le tournage de Quantum of Solace, où Daniel Craig endossait le costume de James Bond au milieu des télescopes. La présence momentanée de l’agent secret 007 a mis sous le feu des projecteurs l’observatoire le plus productif du monde. Ici, depuis vingt ans, les découvertes scientifiques s’enchaînent. Désormais, les astronomes ont une nouvelle raison de se lever la nuit. Un instrument fraîchement débarqué de l’Université de Genève (Unige) est sur le point d’entrer en service. C’est un chasseur d’exoplanètes, des planètes similaires à la Terre en dehors du système solaire. Nom de code: Espresso (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observation).

Je pense que c’est impossible qu’il n’y ait pas de vie sur l’une de ces planètes

Jorge Lillo-Box, astronome

L’astronome espagnol Jorge Lillo-Box travaille sur Espresso pour le compte de l’Observatoire européen austral (ESO). Il explique au Temps pourquoi et comment Espresso va révolutionner sa science mais avant, il a une petite phrase d’introduction fétiche pour mettre son auditoire dans l’ambiance.

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«Il y a vingt ans, nous ne connaissions aucune autre planète que la nôtre et celles du système solaire. Aujourd’hui, nous en avons recensé plus de 3000. Chaque galaxie héberge environ 200 000 millions d’étoiles. Dans l’Univers, on estime qu’il existe 300 000 millions de galaxies. Combien d’étoiles y a-t-il dans l’Univers? Un 6 suivi de 22 zéros. Chacune a, au moins, une planète qui gravite autour d’elle comme la Terre autour du Soleil. Je pense que c’est impossible qu’il n’y ait pas de vie sur l’une de ces planètes», explique Jorge Lillo-Box qui cherche activement les planètes et les extraterrestres qui vont avec. Sa quête va passer dans une autre dimension avec Espresso, le chasseur d’exoplanètes.

430 tonnes par télescope

Transféré en septembre 2017 de Suisse au Chili, Espresso est en phase de test jusqu’en septembre 2018. Le 1er octobre 2018, il sera officiellement mis à la disposition de toute la communauté de l’ESO, sa nouvelle maison. Il réside sous terre, sous une plateforme où se dressent les quatre gigantesques Unit Telescopes (UT) de 430 tonnes chacun, qui composent le VLT (Very Large Telescope).

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Ces quatre mastodontes d’acier et de verre ressemblent à des immeubles et répondent à des noms évocateurs en mapudungun, la langue du peuple indigène mapuche: Antu (Soleil), Kueyen (Lune), Melipal (Croix du Sud) et Yepun (Vénus). La première lumière d’Antu a eu lieu le 25 mai 1998. A ce jour, les quatre télescopes unitaires sont opérationnels. Chacun est doté d’un miroir principal mesurant 8,2 mètres et pesant 23 tonnes. La lumière des étoiles est captée par leurs miroirs puis passe sous terre le long d’un tunnel jusqu’à Espresso. Même en entrant dans le tunnel, on ne voit pas Espresso lui-même mais la cuve à vide qui le couvre, et qui est à son tour à l’intérieur de deux enceintes d’isolation thermique pour le protéger des perturbations extérieures.

Espresso pourra mesurer la masse de planètes aussi petites que la Terre

Alain Smette, responsable de coordonner les équipes et les instruments, 17 au total, travaille à l’intégration de l’instrument au site de Paranal: «Depuis septembre, pendant l’installation, on interagit énormément avec les Suisses qui ont une forte présence ici jusqu’au 1er octobre pour s’assurer qu’Espresso fonctionne bien. Il y a eu une série de problèmes le mois dernier par exemple et les astronomes sont immédiatement venus de Suisse.»

Age d’or de l’astronomie

Le lien est permanent notamment avec Francesco Pepe, professeur au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’Unige, à la tête d’une équipe d’une cinquantaine de personnes qui travaillent sur Espresso depuis huit ans. «Si l’on considère la complexité de l’instrument, les risques de transport, d’assemblage, la nature très délicate des composants qu’on utilise, on peut dire que l’intégration de l’instrument se passe très bien, en un temps record pour qu’il soit prêt comme prévu et comme c’était prévu», se félicite l’astronome suisse en insistant sur le travail d’équipe que cela suppose.

Alain Smette vante, quant à lui, la résolution et la stabilité exceptionnelles d’Espresso: «C’est un spectrographe, c’est-à-dire un instrument qui disperse la lumière, comme les gouttes d’eau créent un arc-en-ciel. Mais, au lieu d’avoir une résolution de quelques unités, c’est 100 000 fois plus qu’un arc-en-ciel.» Pour lui, nous vivons un véritable «âge d’or» de l’astronomie.

Oscillations stellaires

Comment Espresso va-t-il trouver des exoplanètes? Avec la technique de la vitesse radiale, répondent les astronomes. Pour comprendre, il faut réviser Doppler, Fizeau et Newton. Les deux premiers ont donné leur nom à un effet. Quand une ambulance passe devant nous, le son est plus aigu quand elle s’approche et plus grave en s’éloignant. Tous les objets émettent des ondes. L’ambulance émet du son, l’étoile émet de la lumière. On évalue la vitesse en mesurant la modification de l’onde selon l’effet Doppler-Fizeau. Quant à Newton, il nous a légué la loi universelle de la gravitation: non seulement la planète gravite autour de l’étoile mais l’étoile se déplace aussi, en cercle, en s’approchant et s’éloignant légèrement de nous, indiquant la présence de la planète.

C’est en fait en observant ces oscillations de l’étoile (provoquées par une planète) qu’Espresso détectera les exoplanètes. «Ce qui est extraordinaire, c’est qu’Espresso observera une étoile à des milliers d’années-lumière avec une précision lui permettant d’étudier des variations d’une dizaine de centimètres par seconde (la vitesse d’une tortue), sur la vitesse des étoiles qui, elles, se déplacent à plusieurs dizaines de kilomètres par seconde», détaille Jorge Lillo-Box. En somme, Espresso pourra mesurer la masse de planètes aussi petites que la Terre.

Une fois la planète découverte et sa masse déterminée, les astronomes chercheront à connaître son rayon, c’est-à-dire sa taille, grâce à d’autres outils présents à l’observatoire et à la technique du transit. In fine, «l’objectif est de connaître la densité et le type de la planète, si elle est rocheuse et surtout si elle a de l’eau» et donc potentiellement de la vie, expose Cyrielle Opitom qui travaille également à l’ESO. L’astronome belge de 28 ans, en plein travail à la salle de contrôle, ne cache pas son enthousiasme, malgré l’heure avancée de la nuit. Elle a déjà postulé pour demander à utiliser Espresso pendant douze heures.

Du VLT à l’ELT

Ce «temps d’observation» s’arrache. Deux fois par an, l’ESO reçoit plusieurs centaines de demandes d’observation qui sont examinées puis sélectionnées ou non par un comité scientifique. L’ESO reçoit trois fois plus d’offres qu’il ne peut en satisfaire. La nationalité importe peu, la plupart des travaux sont réalisés via des consortiums à l’image d’Espresso, une collaboration entre la Suisse, l’Italie, l’Espagne (Canaries) et le Portugal. Même si ses recherches portent principalement sur les comètes, Cyrielle Opitom sera formée à Espresso, comme tous les astronomes de Paranal, le nom de la montagne où se situe l’observatoire. Les autres grandes recherches effectuées au VLT comprennent l’étude des galaxies, la formation des étoiles et des planètes. Par exemple, c’est ici que le «voyage» de plusieurs étoiles autour du trou noir super-massif au centre de la Voie lactée a été observé.

L’étape d’après, c’est l’ELT. A 23 kilomètres de là, sur une autre montagne, les pelleteuses construisent l’Extremely Large Telescope. Il verra le jour en 2024 et sera le plus grand œil du monde pour regarder le ciel. Sa coupole fera la taille d’un stade, son miroir 39,3 mètres de diamètre. A lui seul, il réunira plus de lumière que tous les grands télescopes dans le monde et 100 millions de fois plus que l’œil humain. Pour Jorge Lillo-Box, l’ELT représente la suite logique de son travail: «Avec Espresso, nous allons pouvoir détecter des planètes. L’étape suivante, grâce à l’ELT, ce sera de voir si elles sont habitables.»

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