SPHERE, vingt ans de défis et de réussites

L’imageur d’exoplanètes SPHERE (Spectro-Polarimetric High-Contraste Exo-planet REsearch) ¹ , 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 circumstellaires 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 ² sur plus d’une décennie lui permettant d’atteindre des performances inégalées sur le ciel. La figure 1 montre les principaux éléments de cette phase de conception et de construction.

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 ³. 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 10 au c’est-à-dire au delà de l’orbite de Saturne ⁴, dont sa 100e publication scientifique ⁵. 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 SPHERE, 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.

L’implication du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) sur SPHERE

Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille a été chargé de la construction du sous-système InfraRed Dual-band Imager and Spectrograph (IRDIS), ainsi que de l’étude du système globale. IRDIS a été conçu, fabriqué, et intégré par les ingénieurs et techniciens des départements optique et mécanique du LAM. L’équipe R&D en optique du LAM, assistée par les services techniques, a également créé les miroirs toriques, au cœur de l’optique de l’instrument SPHERE. En partenariat avec l’IPAG, le LAM a développé les détecteurs ultra-rapides qui équipent le capteur de front d’onde du système d’optique adaptative. Scientifiquement, le LAM a été très fortement impliqué dans les principaux relevés d’imagerie d’exoplanètes SHINE et sur les disques.

Le CeSAM (Centre de donnéeS Astrophysiques de Marseille) du LAM est également responsable de la base de données SPHERE-DC-DIVA+ (http://cesam.lam.fr/diva/) qui contient les produits réduits de l’enquête SHINE (resp. H. LeCoroller).

Le LAM collabore étroitement avec l’ONERA qui a été chargé de la construction de l’optique adaptative extrême (SAXO) qui corrige les perturbations atmosphériques avec une précision sans précédent.

Les principales personnes du LAM impliquées dans SPHERE sont J.-L. Beuzit (PI), H. Le Coroller / C. Moutou (CO-Is), M. Langlois (Coordinateur Scientifique), A. Vigan (Coordinateur Scientifique), K. Dohlen (Ingénieur Système & IRDIS), D. Le Mignant (Chef de Projet IRDIS), P. Blanchard, M. Carle, A. Costille, C. Gry, E. Hugot, M. Jaquet, M. Llored, F. Madec, A. Origné, M. Saisse, A. Zurlo.

Les principaux intervenant de l’ONERA sur SAXO sont T. Fusco, J.-F. Sauvage, C. Petit avec le soutien du département d’optique de l’ONERA.