Le Gemini Planet Imager célèbre sa première année d’activité

Ayant entamé ses activités en novembre 2014, le Gemini Planet Imager (GPI) célèbre un an d’observations et de découvertes. Installé au télescope de 8 mètres de l’Observatoire Gemini-Sud à Cerro Pachon (Chili), l’instrument, un coronographe/spectrographe, est spécifiquement conçu pour mener à bien un sondage d’une durée de 3 ans dont les cibles sont 600 jeunes étoiles. Objectifs : dénicher des planètes similaires à Jupiter, ainsi que des disques de débris dans ces systèmes.

Julien Rameau. Crédit : É. Artigau

Moins d’un mois après le début des activités, le sondage des exoplanètes, aussi appelé GPIES pour Gemini Planet Imager Exoplanet Survey, a découvert 51 Eridani b. Cette jeune planète de 20 millions d’années, comparable à Jupiter, possède une atmosphère riche en méthane et une température de surface de 425 °C. 51 Eri b se situe à 15 unités astronomiques (UA)^* de son étoile-hôte, soit trois fois la distance entre Jupiter et le Soleil. « C’est exactement pourquoi l’imageur GPI a été mis au point : l’exploration des échelles et des masses d’objets similaires à ceux de notre Système solaire », déclare Julien Rameau, chercheur postdoctoral à l’iREx et utilisateur de GPI.

De plus, conjointement avec des observations du télescope spatial Hubble, GPI a confirmé l’éjection d’une exoplanète de 13 fois la masse de Jupiter de son système stellaire. L’analyse des données suggère même que cette planète, HD 106 906 b, séparée de son étoile par une impressionnante distance de 700 UA, possède son propre disque de débris. « HD 106 906 b est un système dynamique et complexe unique », avance M. Rameau.

Encore deux ans

En raison de l’impact d’El Niño, les conditions climatiques n’ont permis la complétion que du quart du sondage au cours de la première année du programme. Et l’équipe de GPI s’attend à ne découvrir que quelques nouvelles planètes d’ici la fin du projet. « Lorsque GPIES a commencé, nous nous attendions à détecter entre 20 et 50 nouvelles exoplanètes selon les statistiques de population extrapolées à partir des données de vitesses radiales. Après avoir observé 150 étoiles, nous n’avons identifié qu’une seule planète et, parmi 20 autres candidats, la moitié s’est révélée être des objets d’arrière-plan dans notre ligne de visée », explique Julien Rameau.

Qu’est-ce qu’un tel écart signifie ? Les statistiques de population sont-elles erronées? L’âge des étoiles ciblées a-t-il mal été évalué? Selon M. Rameau, « les statistiques de population sont bonnes, mais différentes des données dérivées des observations en vitesse radiale et en transit pour des étoiles-hôtes matures. À la fin, ce résultat qui semble trompeur nous servira à mieux contraindre les statistiques et les modèles actuels. »

Sur une note positive, l’imageur GPI se révèle être un outil exceptionnel pour l’étude des disques de débris. D’abord conçu pour la recherche de nouvelles planètes, l’instrument est également en mesure de résoudre les disques circumstellaires (signifiant « entourant une étoile ») autour de jeunes étoiles rouges. Des 150 étoiles observées à ce jour, GPI a confirmé l’existence de près de 15 disques. Ce trésor de données aidera les astronomes à mieux comprendre la physique et l’évolution des telles structures.

GPI en quelques mots

Image directe de l’exoplanète 51 Eridani b par l’instrument GPI. Crédit : GPI / J. Rameau / C. Marois

Le Gemini Planet Imager a été conçu par une équipe de chercheurs internationale parmi lesquels se retrouvent des membres de l’iREx. L’instrument, fonctionnant dans les longueurs d’onde du proche infrarouge (bandes J, H et K, entre 1,2 et 2,2 µm), est optimisé pour l’observation directe de jeunes planètes gazeuses avec des orbites comparables à celles de Jupiter ou Neptune, ainsi que la détection de disques protoplanétaires. Le projet, d’une durée de trois ans, scrute de jeunes systèmes stellaires âgés d’un million à un milliard d’années comprenant des planètes géantes gazeuses comme celles de notre Système solaire.

GPI peut être également utilisé afin d’observer la surface d’étoiles géantes, l’environnement dynamique des étoiles Wolf-Rayet, la formation de nouvelles étoiles, l’activité atmosphérique des planètes gazeuses du Système solaire. L’imageur peut aussi servir à identifier de nouveaux astéroïdes binaires.

^*Une unité astronomique (1 UA) est définie comme la distance moyenne entre la Terre et le Soleil.