Publication scientifique


SPHERE, vingt ans de défis et de réussites pour les exoplanètes

le 9 mars 2021

Le consortium SPHERE célèbre sa 100ème publication scientifique, dont l’étude démographique des exoplanètes situées au-delà de l’orbite de Saturne. Le CRAL a participé à cette publication.

L'imageur d’exoplanètes SPHERE (Spectro-Polarimetric High-Contraste Exo-planet REsearch), actuellement installé et en fonctionnement au Very Large Telescope de l'ESO au Chili, est dédié à la détection et la caractérisation des exoplanètes géantes et des disques planétaires autour d'étoiles proches du Soleil. Ce projet représente une aventure scientifique, technologique et humaine débutée il y a déjà une vingtaine d'années. Son succès s’est construit sur des contraintes instrumentales strictes et des développements techniques innovants, comme l'optique adaptative extrême, la coronographie, la polarimétrie de haute précision et la spectroscopie intégrale de champ. Les différents sous-systèmes de SPHERE ont été conçus, construits et intégrés par un consortium de douze grands instituts européens sur plus d'une décennie, lui permettant d’atteindre des performances inégalées sur le ciel.

Après sa première lumière en mai 2014, SPHERE a été offert à la communauté européenne et a rapidement obtenu des résultats scientifiques exceptionnels dans le domaine de la formation planétaire, de la démographie et des propriétés physiques des exoplanètes, mais aussi sur la caractérisation des corps mineurs du système solaire, l'environnement des étoiles évoluées et même l’étude des noyaux galactiques actifs. Le consortium SPHERE a joué un rôle majeur dans ce succès et célèbre aujourd'hui la parution d'une série de trois articles dans la revue Astronomy & Astrophysics présentant la première phase de l’étude démographique des exoplanètes au-delà de l'orbite de Saturne, dont sa 100ème publication scientifique. Ces travaux représentent une étape importante pour le consortium SPHERE, rendue possible par l’investissement de tous les membres et instituts qui ont contribué avec succès à ce projet, de la phase de conception, de construction, jusqu'à celle d'exploitation scientifique au cours des cinq dernières années. Le projet SPHERE a permis de former une nouvelle génération de jeunes ingénieurs et scientifiques et positionne nos équipes européennes à la pointe de ce domaine majeur de l’astrophysique. Grâce à l'ensemble des travaux menés par le consortium, la communauté associée se trouvera à l'avant-garde des développements d'imagerie à haut contraste pour préparer l’exploitation de futurs projets au sol sur la classe des grands télescopes de 10 à 40 m.

Brève disponible en intégralité sur le site de l'INSU.

 

Résumé de la publication The SPHERE infrared survey for exoplanets (SHINE) -- II. Observations, Data reduction and analysis Detection performances and early-results
Langlois, Gratton, Lagrange, Delorme, Boccaletti et al.


Au cours des dernières décennies, l'imagerie directe a confirmé l'existence de compagnons sub-stellaires (exoplanètes ou naines brunes) avec de larges orbites (> 10 ua) autour de leurs étoiles hôtes. Pour comprendre leurs mécanismes de formation et d'évolution, nous avons lancé en 2015 le grand relevé infrarouge SPHERE pour l'étude des exoplanètes (SHINE) qui permet d'explorer leur démographie, par imagerie directe. Notre objectif est de détecter et de caractériser la population de planètes géantes et des naines brunes autour des jeunes étoiles proches.

Nos observations offrent l'opportunité de contraindre les propriétés statistiques (occurrence, distribution de masse et orbitale, dépendance à la masse stellaire) de ces jeunes planètes géantes.
Dans cette étude, nous présentons la stratégie d'observation et d'analyse des données, le processus de classement des candidats détectés et les performances du grand relevé pour un sous-échantillon de 150 étoiles, représentatif de l'échantillon SHINE complet. Les observations ont été menées de manière homogène de février 2015 à février 2017 avec l'instrument dédié VLT / SPHERE équipé du spectrographe intégral de champ IFS et de l'imageur IRDIS couvrant une plage spectrale comprise entre 0,9 et 2,3 microns. Nous avons utilisé des techniques d'imagerie différentielle coronographique, angulaire et spectrale pour atteindre les meilleures performances de détection possibles pour cette étude permettant de detecter des object de masse planétaire. 
Pour cet échantillon nous avons découvert deux nouveaux compagnons sub-stellaires: une nouvelle exoplanète et une naine brune et trois nouveaux disques de débris. Nous avons traité de manière uniforme plus de 300 observations SHINE pour évaluer la sensibilité en fonction de l'étoile hôte et des conditions d'observation. Les performances de détection médianes atteignent une sensibilité la plus approfondie à ce jour pour les jeunes étoiles proches. Un total de seize compagnons sub-stellaires ont été imagés dans cette première partie de SHINE : sept compagnons naines brunes et dix compagnons de masse planétaire. Au total, 1483 candidats ont été détectés, principalement dans le grand champ de vision d'IRDIS.
Des diagrammes couleur-magnitude, ainsi que le spectre basse résolution spectrale lorsqu'il est disponible avec IFS, et de nouvelles observations de suivi, ont permis d'identifier la nature (contaminant de fond ou compagnon sub-stellaire) environ 86% d'entre eux. Enfin, bien que SHINE n'ait pas été conçu pour les recherches de disques circumstellaires, douze disques circumstellaires ont été imagés, dont trois nouvelles détections autour des systèmes HIP 73145, HIP 86598 et HD 106906. 
De nos jours, l'imagerie directe offre une occasion unique de sonder la partie externe des systèmes exoplanétaires au-delà de 10 unités astronomiques pour explorer les architectures planétaires comme le soulignent les découvertes d'une nouvelle exoplanète, d'un nouveau compagnon naine brune et de trois nouveaux disques de débris au cours de cette phase de SHINE. Il offre également l'opportunité d'explorer et de revisiter les propriétés physiques et orbitales des jeunes planètes géantes et des compagnons naines brunes (position relative, photométrie et spectre basse résolution dans le proche infrarouge, masses prédites).

 
Article complet :
https://arxiv.org/abs/2103.03976
Publié le 10 mars 2021 Mis à jour le 11 mars 2021