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La recherche en astrophysique au Planétarium : Partie 2 - Fabriquer des instruments pour découvrir les secrets de l’Univers

Le spectromètre SPIRou.
Credit: Équipe SPIRou / S Chastanet (CNRS / OMP)
The SPIRou spectrometer.
  • The SPIRou spectrometer.
  • Cryogenic test of the SPIRou spectrometer in a clean room. Olivier Hernandez in the foreground, and, from left to right: Loïc Albert and Philippe Vallée.
  • The SPIRou spectrometer installed at the Canada-France-Hawaii Telescope.
  • The Canadian team is completing the development of the NIRPS spectrometer in the Laval University laboratories.
  • The ESO 3.6m telescope observatory in La Silla, Chile.
La recherche en astrophysique au Planétarium : Partie 2 - Fabriquer des instruments pour découvrir les secrets de l’Univers

Les merveilleux récits de l’astrophysicien Hubert Reeves ont inspiré le directeur du Planétarium Olivier Hernandez, qui a développé une passion pour le ciel étoilé. Voulant mieux comprendre l’Univers qui nous entoure, il a développé, au cours de sa carrière, des instruments sophistiqués pour équiper les plus grands télescopes du monde.

Une passion pour l’optique

Très tôt dans son parcours académique, Olivier s’est intéressé à l’optique et a entrepris des études en ingénierie à l’École centrale de Marseille, en France. Mais l’astronomie et les grands espaces l’attiraient beaucoup. C’est pourquoi il est venu s’installer au Canada pour effectuer ses études graduées en astrophysique à l’Université de Montréal.

Après son doctorat, qui portait sur la cinématique et la dynamique des galaxies spirales, Olivier est revenu à sa passion initiale : la conception d’instruments astronomiques.

Le spectromètre SPIRou

Il a d’abord occupé le poste de directeur des opérations à l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM). Il est aussi l’un des fondateurs de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal.

Suite à cette expérience, Olivier a été recruté pour travailler sur le spectromètre infrarouge SPIRou. Il a été le gestionnaire du projet et ainsi dirigé l’équipe montréalaise qui a développé la caméra avec son détecteur infrarouge. Cet instrument a été installé en 2018 au télescope de l’observatoire Canada-France-Hawaï au sommet du Mauna Kea sur la grande île d’Hawaï. Il permet d’étudier les exoplanètes, ces planètes qui tournent autour des autres étoiles.

Étudier les exoplanètes

Lorsqu’une exoplanète orbite autour d’une étoile, cette dernière oscille légèrement dans le ciel. En mesurant le changement périodique de la vitesse de l’étoile avec un spectromètre, on peut alors estimer la masse de l’exoplanète.

Le spectromètre permet aussi de décomposer la lumière d’un astre en ses différentes composantes de longueur d’ondes ou de couleurs, si vous préférez. Lorsqu’une exoplanète passe devant son étoile, on peut déduire la composition chimique de son atmosphère.

Les astronomes s’intéressent principalement aux exoplanètes semblables à la Terre qui sont situées à la bonne distance de leur étoile pour que de l’eau liquide puisse y être détectée en surface. Ces exoplanètes sont plus facilement détectables autour d’étoiles de faibles masses.

Malheureusement, ces étoiles et leurs exoplanètes émettent surtout leur lumière dans l’infrarouge. Ce type de lumière est en grande partie absorbée par l’atmosphère terrestre, mais une courte fenêtre est accessible depuis la Terre. Le spectromètre permet de sonder ces exoplanètes.

Le spectromètre NIRPS

Olivier a ensuite dirigé un grand projet international : le spectromètre NIRPS (Near Infra-Red Planet Searcher). Cet instrument, qui ressemble à SPIRou, est en cours d’installation sur le télescope de 3,6 m de l’European Southern Observatory (ESO) à La Silla, au Chili. Conçu pour fonctionner lui aussi en infrarouge, il complètera les recherches réalisées avec le spectromètre HARPS installé sur le même télescope, mais qui fonctionne en lumière visible. NIRPS devrait entrer en fonction d’ici la fin de 2022.

Travailler sur le télescope spatial James Webb

La meilleure façon d’observer en infrarouge est de s’affranchir de l’atmosphère terrestre en plaçant un télescope dans l’espace. C’est ce que fera le télescope spatial James Webb. Le Canada a contribué au projet en concevant deux instruments, dont un spectromètre imageur infrarouge (NIRISS) destiné à l’étude des exoplanètes. La très grande résolution du télescope Webb permettra d’étudier en détail des exoplanètes que SPIRou et NIRPS auront découvertes. Olivier a été le gestionnaire de l’équipe d’ingénierie de l’Université de Montréal et de l’Observatoire du Mont-Mégantic pour la conception de cet instrument.

Voir plus grand avec un télescope de 39 m

Olivier reste impliqué dans la conception de nouveaux instruments. Il agit comme conseiller auprès des équipes de l’OMM et de l’iREx dans le projet ANDES.  Il s’agit d’un spectromètre de haute résolution qui observera simultanément en lumière visible et en infrarouge. Il devrait être installé au futur télescope de 39 m de diamètre, le Extremely Large Telescope (ELT), que l’ESO construit actuellement au Chili. Ce projet, encore à ses premiers balbutiements, demandera encore beaucoup de travail avant la mise en fonction de l’ELT en 2027.

Les instruments qu’Olivier développe permettent à des astrophysiciens comme Jonathan Gagné d’étudier les exoplanètes. Le but ultime est de trouver un jour une nouvelle Terre habitable.

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