La dernière méthode de la NASA pour chasser les exoplanètes ? Enrôlement d’amateurs

De tous les grands objectifs ambitieux de l'astronomie en ce moment, l'un des plus passionnants est la découverte et la caractérisation d'exoplanètes, ou de planètes en dehors de notre système solaire. Nous savons qu'il y a probablement autant d'exoplanètes qu'il y a d'étoiles dans l'univers, et que ce nombre inclut presque certainement des planètes qui ressemblent à la Terre. En fait, nous commençons tout juste à effleurer la surface de la découverte de ces étranges nouvelles mondes.

Les astronomes disposent d'outils tels que le télescope spatial James Webb de pointe pour les aider à identifier les exoplanètes et à observer leur atmosphère, mais le temps d'observation disponible sur ces grands et célèbres télescopes est limité. Alors pour aider à trouver de nouvelles exoplanètes, la NASA se tourne vers une ressource sous-utilisée : les scientifiques citoyens.

Un programme nouvellement élargi de la NASA appelé Exoplanet Watch invite les membres du public à aider à observer les exoplanètes en utilisant les mêmes méthodes d'analyse de données utilisées par les professionnels. Pour en savoir plus sur son fonctionnement et le potentiel de découverte de cette approche, nous avons parlé à Rob Zellem du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, astrophysicien et créateur du programme Exoplanet Watch.

Les yeux des amateurs sur le ciel

Étant donné qu'il existe aujourd'hui plus de 5 000 exoplanètes connues, on pourrait penser que ces planètes sont faciles à observer. Mais ce n'est pas le cas. La plupart des exoplanètes sont impossibles à observer directement, car elles sont beaucoup plus petites et plus sombres que les étoiles autour desquelles elles orbitent. Ainsi, les astronomes amateurs, tout comme les professionnels, s'appuient sur des observations indirectes pour leur faire savoir qu'une planète est là.

L'objectif principal d'Exoplanet Watch est d'examiner un type de planète appelé Jupiter chaud – "de grandes planètes autour d'étoiles brillantes", comme Zellem les décrit – et d'observer leurs transits. Un transit se produit lorsqu'une des planètes passe entre nous et son étoile hôte, rendant temporairement la lumière de l'étoile hôte plus faible. En observant le moment exact et la quantité de cette baisse de luminosité, les astronomes peuvent déterminer la taille de la planète et à quelle distance elle orbite autour de son étoile.

Il s'agit de la même méthode utilisée par de nombreux télescopes professionnels de chasse aux exoplanètes, comme le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA ou le satellite de caractérisation ExOPlanet (CHEOPS) de l'Agence spatiale européenne. Ce sont tous deux des télescopes spatiaux, ce qui signifie qu'ils ont une vue imprenable sur l'espace sans être obstruée par l'atmosphère terrestre, mais le temps d'observation sur eux est extrêmement limité.

D'autres télescopes professionnels au sol observent également des exoplanètes, mais ils font face à un obstacle important et imprévisible : la météo. S'il y a un ciel nuageux au-dessus d'un observatoire, les observations d'une nuit entière seront perdues – ce que chaque astronome professionnel a dû gérer. "Il y a beaucoup de nuits que j'ai personnellement perdues dans le sud-ouest des États-Unis, ou au Mauna Kea à Hawai'i, à cause de la météo", a déclaré Zellem. "C'est le risque que vous courez en obtenant du temps sur n'importe quel observatoire professionnel au hasard."

Exoplanet Watch, cependant, est un réseau d'astronomes amateurs du monde entier. En ayant des observateurs prenant des mesures à partir de tant d'endroits différents, les effets du temps sont atténués. Même s'il fait nuageux à un endroit, les observateurs à d'autres endroits peuvent avoir une vue dégagée.

Travailler ensemble à travers le monde

Le réseau permet également l'observation d'exoplanètes qu'il serait impossible à un seul utilisateur d'observer. Une exoplanète géante gazeuse appelée HD 80606 b , par exemple, met plus de 12 heures pour transiter par son étoile. Les astronomes doivent non seulement observer la durée complète de ce transit, mais doivent également prendre des observations avant et après le transit pour les utiliser comme référence, et il n'y a tout simplement pas une nuit assez longue pour observer le temps plein n'importe où sur la planète autre que les pôles extrêmes.

En décembre 2021, les membres d'Exoplanet Watch ont travaillé ensemble pour observer ce transit complet du début à la fin, en commençant par les utilisateurs d'Asie de l'Est, qui ont ensuite transmis les observations à ceux d'Inde, puis d'Europe, puis d'Amérique du Nord, avant de revenir aux utilisateurs en Japon.

Les données de tous ces observateurs couvrant 24 heures ont été rassemblées pour obtenir les données équivalentes à un télescope attaché à un ballon flottant tout autour du monde et observant au fur et à mesure.

Faciliter les observations par d'autres

Zellem et d'autres membres de l'équipe Exoplanet Watch tiennent à ce que les astronomes amateurs qui travaillent sur le projet voient leurs contributions reconnues, et beaucoup ont été présentés comme auteurs principaux dans des publications universitaires sur leur travail. Mais une grande partie du travail effectué par le projet ne concerne pas les gros titres comme la découverte de toutes nouvelles exoplanètes – il s'agit plutôt de personnes qui donnent de leur temps et de leurs efforts de manière désintéressée pour permettre à de grandes découvertes scientifiques d'être faites plus efficacement.

Prenez le télescope spatial James Webb. Ce télescope d'une puissance phénoménale peut non seulement identifier les exoplanètes, mais peut également observer leurs atmosphères, ce que pratiquement aucun autre outil en astronomie ne peut faire. Mais il n'y a qu'un certain nombre d'heures dans une journée, et le temps d'observation est très apprécié.

"Des astronomes professionnels sont venus nous voir et nous ont dit:" Hé, il y a cette cible que je veux observer dans les prochains mois avec James Webb, pouvez-vous nous aider à observer cette cible et à affiner le timing? ", A déclaré Zellam.

Ensuite, les astronomes amateurs d'Exoplanet Watch travaillent pour trouver les contraintes sur les temps de transit de l'exoplanète, donc lorsque Webb fait ses observations, il a la meilleure chance possible de voir le transit et d'obtenir autant d'informations que possible sur la cible.

«Là où Exoplanet Watch entre en jeu, c'est en faisant ce pré-vérification ou pré-observations. Nous aidons à affiner les timings afin que nous puissions utiliser James Webb plus efficacement et, espérons-le, en tirer beaucoup plus de science », a expliqué Zellem.

Télescopes dans le grenier

La plupart des personnes qui ont contribué à Exoplanet Watch jusqu'à présent sont des astronomes amateurs sérieux qui ont passé des années à construire des télescopes impressionnants et qui sont très expérimentés dans les observations d'exoplanètes. Mais ce niveau d'engagement et d'équipement n'est pas du tout requis, et Zellem et l'équipe invitent toute personne intéressée à observer à se joindre à eux.

Le plus petit télescope utilisé dans les observations jusqu'à présent ne mesure que 3,5 pouces, ce qui est une taille typique pour un petit télescope de départ. Parce que la plupart des observations sont faites d'objets brillants, des télescopes domestiques très puissants ne sont pas essentiels.

"Vous n'avez pas besoin d'un très grand télescope pour faire ces observations", a déclaré Zellem. "Vous pouvez en fait utiliser beaucoup de télescopes que les gens pourraient avoir dans leur grenier, leur garage ou leur stockage."

Il est utile pour les observateurs d'avoir un appareil photo numérique à attacher à leur télescope pour enregistrer leurs observations, et un mécanisme de suivi pour aider à suivre une cible lorsqu'elle se déplace dans le ciel. Mais la barrière à l'entrée du projet est plus basse que vous ne l'imaginez.

Et pour ceux qui craignent de faire une erreur et de gâcher les données, Zellam dit que la force d'avoir plusieurs utilisateurs est que les données peuvent être vérifiées par rapport à d'autres observations : "Si vous avez un utilisateur qui fait accidentellement une erreur ou utilise le mauvais valeurs lors de l'interprétation de leurs données, ces données peuvent être éliminées par le plus grand groupe d'observateurs.

Contribuer sans télescope

Même ceux qui n'ont pas du tout accès à un télescope peuvent participer au projet Exoplanet Watch. Une deuxième branche du projet, en plus des observations, est l'analyse des données. Le projet a accès à des données d'archives comprenant 10 ans de données provenant d'un télescope robotique de 6 pouces, appelé observatoire autonome, situé à Tucson, en Arizona. Il a été donné par un groupe appelé DIY Planet Search .

Dans cet ensemble de données, il y a plus de 2 000 courbes de lumière qui pourraient indiquer un transit d'exoplanètes, et le public est invité à aider à cette analyse de données. Cependant, ce projet a quelque chose de spécial, c'est qu'il ne s'agit pas d'un type simplifié d'analyse ou de classification des données, comme on le voit dans d'autres projets de science citoyenne comme ceux de Zooniverse . Au lieu de cela, les scientifiques citoyens peuvent utiliser exactement le même programme de traitement de données utilisé par les professionnels de la NASA.

Les astronomes professionnels de la NASA avaient déjà passé une décennie à développer et à utiliser un outil d'analyse de données appelé Exotic, qui a été optimisé pour être aussi précis et utile que possible pour la recherche sur les exoplanètes. "Et il est devenu très évident que la meilleure façon de s'assurer que nos utilisateurs obtenaient de bons résultats avec leurs données était de les laisser utiliser exactement le même outil de données", a déclaré Zellem.

L'outil a été téléchargé sur le cloud pour faciliter l'accès même sur un téléphone mobile, donc maintenant toute personne qui a le temps et l'intérêt peut apprendre à traiter les données d'exoplanètes en utilisant les mêmes outils que les professionnels. Ils passent par chaque étape, de la prise de données brutes d'un télescope à la détermination des caractéristiques d'une exoplanète observée.

Inspirer la prochaine génération

Obtenir de l'aide pour les observations et l'analyse des données est crucial pour les astronomes professionnels, mais le projet vise également à amener davantage de personnes sur le terrain.

"En tant que projet de science citoyenne, nous avons des objectifs scientifiques, mais aussi des objectifs éducatifs", a déclaré Zellem, "pour inspirer la prochaine génération d'apprenants STEM, des gens qui pourraient, espérons-le, se lancer dans l'astronomie."

Cela inclut l'engagement de la communauté d'astronomes amateurs passionnés et compétents, mais cela implique également de faire venir de nouvelles personnes qui n'avaient peut-être que peu ou pas d'expérience avec ce type de science auparavant.

"Nous impliquons des personnes qui n'ont jamais fait d'imagerie exoplanétaire, jamais fait d'astrophotographie ou même regardé à travers un télescope", a déclaré Zellem. Les membres du groupe les plus expérimentés enseignent et guident les nouveaux membres du groupe Slack du projet, se soutiennent mutuellement et les aident à apprendre. "C'est vraiment un groupe de personnes formidables, et je suis tellement fier d'eux."

Un âge d'or de la recherche sur les exoplanètes

Le projet Exoplanet Watch est en constante expansion, de nouvelles sources de données étant constamment ajoutées au pool, de sorte qu'il y a toujours quelque chose de nouveau sur lequel les gens peuvent travailler. Mais Zellem veut l'étendre encore plus loin, repoussant les limites de ce qui peut être observé avec des télescopes plus petits.

L'un des plans consiste à voir si suffisamment de petits télescopes travaillant de concert peuvent observer des planètes plus petites, telles que celles appelées super-Terres. Un autre objectif à long terme est de prendre plus d'observations d'étoiles hôtes dans un processus appelé surveillance de la variabilité stellaire, ce qui peut aider à des mesures plus précises des transits d'exoplanètes.

Avec plus d'exoplanètes découvertes chaque mois, le potentiel pour les astronomes professionnels et amateurs de faire des découvertes est illimité.

"On a vraiment l'impression d'être dans un âge d'or de la recherche sur les exoplanètes, et c'est incroyable et très amusant de pouvoir travailler dans ce domaine", a déclaré Zellam. "Et je pense vraiment que la science citoyenne continuera d'en être une grande partie."