Nuit après nuit, le ciel livre des indices subtils. Une étoile s’illumine, se décale imperceptiblement, juste assez pour laisser deviner la présence d’un monde invisible. Sur le site de l’Observatoire européen austral (ESO) à La Silla (Chili), la technologie du CSEM aide à capter ces infimes variations, celles qui trahissent l’existence de planètes qui ne sont pas si différentes de la nôtre.
Depuis plus de trente ans, l’Université de Genève (UNIGE) joue un rôle de premier plan dans la découverte d’exoplanètes, ces planètes en orbite autour d’étoiles situées hors de notre système solaire. L’équipe lauréate du prix Nobel de physique en 2019 pour la découverte de la première exoplanète dirige aujourd’hui le projet Near Infrared Planet Searcher (NIRPS), un spectrographe de nouvelle génération installé sur le télescope de l’ESO à La Silla. Sa mission consiste à détecter les infimes oscillations de la lumière d’une étoile, signe de la présence d’une planète en orbite, grâce à la méthode des vitesses radiales.
Pour capter des signaux aussi ténus, il ne peut y avoir aucune instabilité. La moindre variation de température de l’air peut fausser les mesures. C’est là qu’intervient le CSEM. À la demande de l’UNIGE, ses équipes ont conçu un peigne de fréquences laser (LFC) sur mesure, c’est-à-dire une source lumineuse d’une stabilité exceptionnelle, capable de maintenir le spectrographe parfaitement étalonné pendant des années. Les astronomes peuvent ainsi se fier à chacune de leurs mesures.
Développé en collaboration étroite avec l’UNIGE, ce peigne de fréquences émet un faisceau lumineux composé de milliers de raies spectrales régulièrement espacées, comme les graduations d’une règle, mais sous forme lumineuse. En comparant à cet étalon la lumière émise par les étoiles au fil du temps, les astronomes détectent des décalages infimes. Ces variations révèlent si une étoile se rapproche ou s’éloigne de la Terre, avec une précision de quelques centimètres par seconde.
« Pour NIRPS, ces raies sont espacées de 15 GHz, offrant une référence stable sur une large plage de mesure », explique Christopher Bonzon, Manager for Laser Technologies au CSEM. « Lorsque le spectrographe mesure la lumière d’une étoile, elles servent de points de repère pour détecter les plus petites variations et révéler la présence potentielle d’une planète. » Le système est conçu pour fournir cette référence année après année, et fonctionner de manière autonome dans les conditions exigeantes du plateau d’Atacama, avec son air raréfié et ses fortes amplitudes thermiques, en surveillant en continu ses performances et en signalant toute anomalie.
« L’installation du peigne de fréquences laser du CSEM à La Silla marque une étape importante : la précision suisse sort du laboratoire pour s’appliquer directement à l’observation du ciel », souligne le professeur François Bouchy, cochercheur principal du consortium NIRPS à l’UNIGE. Si son intégration dans les observations de routine se poursuit, le système a déjà démontré une stabilité compatible avec les exigences d’un étalonnage sur le long terme. À mesure que cette intégration progresse, NIRPS pourra capter des signaux toujours plus faibles, ouvrant la voie à la découverte de planètes plus petites et plus froides, susceptibles, peut-être, de présenter des traces de vie.
Avec l’UNIGE, le CSEM a transformé un concept né dans un laboratoire en un système opérationnel, désormais installé dans l’un des principaux observatoires optiques du monde. Au-delà de l’astronomie, cette technologie ouvre des perspectives dans tous les domaines nécessitant des mesures optiques d’une extrême précision, comme les télécommunications ou les capteurs de pointe. Ce projet illustre l’engagement du CSEM : conjuguer précision, fiabilité et collaboration pour aller toujours plus loin, tant sur Terre que dans l’exploration de l’Univers.
Le peigne de fréquences laser développé par le CSEM est essentiel pour atteindre le niveau de performance et de fiabilité à long terme requis par le spectrographe NIRPS. Ensemble, nous espérons ouvrir la voie à de nouvelles découvertes et faire progresser la recherche sur les exoplanètes.
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