Mise en évidence photographique d’exoplanètes

Les courbes de lumière photométriques peuvent documenter les transits de planètes extrasolaires. Prenez connaissance des instructions qui permettent de le faire.

La photographie des planètes ne doit pas prendre fin aux limites de notre système solaire. Au cours des 20 dernières années, la recherche de mondes entourant d’autres soleils a permis de découvrir plusieurs milliers de planètes extrasolaires. Parmi ces « exoplanètes », certaines peuvent déjà être mises en évidence photographiquement de façon relativement simple à l’aide de télescopes amateurs moyens.

La méthode des transits s’offre aux amateurs pour détecter des exoplanètes : si, avant qu’une étoile ne soit occultée par son exoplanète, on commence par enregistrer en continu la luminosité de l’étoile avec une caméra placée sur le télescope, la courbe de luminosité de l’étoile obtenue plus tard, lors de l’évaluation des données, montre une diminution de la luminosité due au passage de l’exoplanète devant l’étoile. À la fin du transit, la luminosité réaugmente.

Pour détecter photographiquement des exoplanètes, il arrive souvent que l’on puisse utiliser l’équipement que l’on utilise déjà pour photographier les planètes de notre système solaire. Pour détecter les exoplanètes, les télescopes Schmidt-Cassegrain d’une ouverture de 200 mm à 400 mm ont fait leurs preuves. En effet, non seulement ces télescopes offrent une grande ouverture mais ils sont également utilisés, en général, dans une monture à fourche, ce qui permet de tirer parti de l’avantage de ce type de monture : le transit d’une exoplanète doit être observé lorsque l’étoile est à son plus haut niveau possible au-dessus de l’horizon et l’observation dure la plupart du temps plusieurs heures.

Par conséquent, les télescopes à monture équatoriale nécessitent le plus souvent de basculer la monture, ce qui s’accompagne d’un réalignement du télescope, le cas échéant d’un réalignement de la caméra et d’un redémarrage du système de guidage. C’est là une interruption désagréable mais qui, généralement, fait également perdre quelques minutes de données d’enregistrement pendant le transit. Ici, les télescopes SC montés dans des montures à fourche, sur une table équatoriale, présentent l’avantage que l’observation du transit peut se dérouler sans raccord et sans interruption.

L’ouverture du télescope utilisé a bien sûr une influence sur le nombre d’exoplanètes observables : l’ouverture de 200 mm d’une optique TSC classique permet de bien détecter les transits d’exoplanètes connues associées à des étoiles d’une magnitude de 12 à 14. À cet égard, plus la variation de luminosité provoquée par la planète en transit est importante, plus la détection est facile. Les transits devant des étoiles moins lumineuses nécessitent de plus grandes ouvertures de télescopes. Un contrôle de suivi (autoguidage) de la monture, pendant le transit, est indispensable pour garantir le maintien de l’étoile observée dans le champ capteur de la caméra CCD pendant toute la période d’observation, qui peut durer plusieurs heures.

La caméra qu’il convient d’utiliser est une caméra CCD refroidie. Concernant la taille du capteur de la caméra, il faut veiller à ce que l’on puisse capter dans le champ de vision, outre l’étoile en transit, d’autres étoiles d’une magnitude à peu près égale car celles-ci seront plus tard utiles, lors de l’évaluation des images, en tant qu’étoiles de référence.

Les transits d’exoplanètes pouvant être observés dépendent du télescope utilisé mais, surtout, du site choisi par l’observateur et essentiellement, bien sûr, de la longueur de la nuit. Pour documenter un transit de plusieurs heures, les longues nuits d’hiver conviennent par conséquent mieux que les courtes nuits d’été où le début ou la fin d’un transit peut intervenir au crépuscule. Internet aide à sélectionner le transit à documenter : la base de données « Exoplanet Transit Database » exploitée par des astronomes tchèques permet, après saisie du site d’observation dans le champ « Transit predictions » du menu, de créer des listes d’actualité de transits d’exoplanètes connues, pour les jours à venir.

Au moment de sélectionner un transit à observer, il faut prendre en compte la luminosité de l’étoile et, avant tout, l’assombrissement à escompter. On recommande aux débutants de choisir des transits d’exoplanètes provoquant une chute de luminosité d’une magnitude d’au moins 0,02 et à observer devant des étoiles d’une magnitude jusqu’à 10. Les temps de transit courts facilitent en outre l’observation, ils apportent rapidement des résultats visibles et assurent le succès de l’observation. Au moment de sélectionner un transit, il faut de plus veiller à ce que aussi bien le début que la fin du transit soient visibles très au-dessus de l’horizon : une observation d’un transit au zénith est la plupart du temps plus facile et bien plus prometteuse qu’une observation près de l’horizon.

Une fois que l’on a localisé l’étoile, qu’on l’a positionnée au centre du capteur d’images et que l’on a démarré l’autoguider, on peut photographier en continu l’étoile de l’exoplanète. À cet égard, il s’est avéré utile de défocaliser quelque peu l’image de l’étoile (de façon à ce que la lumière de l’étoile se répartisse sur plusieurs pixels) et de veiller à ce que la saturation maximum de l’image de l’étoile soit d’environ 70-75% pour diminuer l’influence du bruit et éviter tout brûlage des pixels.

Pour traiter les données acquises, il existe différentes solutions logicielles dont beaucoup ont à l’origine été développées pour détecter les étoiles variables et sont par conséquent parfaitement au point à ces fins aujourd’hui. Le traitement des images à l’aide du programme « Muniwin » est décrit ci-après.

Il faut d’abord aligner les images les unes sur les autres afin de compenser le manque de précision du suivi. Pour le traitement photométrique, il faut repérer non seulement l’étoile mère de l’exoplanète, mais encore une étoile comparative de même magnitude, si possible, ainsi qu’une ou plusieurs étoiles de contrôle qui seront également utilisées par le logiciel pour calculer l’évolution de la luminosité. Les variations de luminosité constatées dans les images sont alors présentées sur une courbe graphique claire de l’évolution de la luminosité.

Après que l’on ait créé un nouveau projet pour établir une courbe de lumière, les images de la série réalisée peuvent être importées dans Muniwin, l’importation complémentaire d’images flatfield et d’obscurité permettant alors de corriger de façon automatisée toutes les images brutes de la série. L’évaluation photométrique des images peut commencer après que l’on ait sélectionné l’étoile mère et les étoiles de comparaison ou de contrôle. Muniwin calcule non seulement l’évolution de luminosité de l’étoile en transit par rapport à l’étoile comparative, mais encore les différences de luminosité entre toutes les étoiles repérées (étoile en transit, étoile comparative et étoiles de contrôle). Ceci présente l’avantage que l’on peut très vite obtenir un aperçu de la qualité des images et des étoiles comparatives choisies. Les différences de luminosité entre les étoiles de contrôle doivent en effet donner une ligne droite (et non pas une courbe), car la luminosité de ces étoiles doit être restée inchangée pendant la série de prises de vues.

Un enregistrement classique de l’image finale, ainsi que l’adaptation du contraste et de la plage de tonalités, sinon habituelle pour les astrophotos, sont inutiles car, après l’analyse des données, le résultat principal de Muniwin est un fichier texte des résultats de l’analyse d’abord insignifiant.

Ces données d’analyse du transit d’une exoplanète peuvent être mises à la disposition de la base de données « Exoplanet Transit Database » pour permettre ainsi un calcul plus précis des durées orbitales de l’objet observé. Ceci permet en outre de constituer une collection de documentations d’observation montrant également quelles sont les performances possibles et quel est l’équipement nécessaire à ces fins. Après téléchargement des résultats d’analyse et leur contrôle par les astronomes exploitant la base « Exoplanet Transit Database », ceux-ci créent un graphique qui montre clairement l’évolution du transit de l’exoplanète documenté.

Détecter les planètes extrasolaires est certainement encore une activité marginale de l’astronomie amateur. Cependant, beaucoup d’amateurs possèdent déjà l’équipement nécessaire pour détecter les exoplanètes. La détection d’exoplanètes est en outre un domaine de l’astronomie dans lequel les amateurs peuvent actuellement apporter eux aussi leur contribution à la recherche. Même s’il est certainement de plus en plus difficile pour eux de découvrir des exoplanètes, les amateurs peuvent, en mesurant les exoplanètes connues, apporter leur part de données pour que l’on puisse mieux comprendre les différentes exoplanètes, à l’avenir, et prédire leurs transits.

Auteur : Ullrich Dittler / Licence : Oculum-Verlag GmbH