Mesure d’un transit d’exoplanète

Cela fait environ deux ans que j’ai en tête de faire une mesure d’un transit d’une exoplanète. J’ai déjà tenté deux fois sans succès car les conditions de transparence du ciel n’étaient pas bonnes.

Une mesure d’un transit d’exoplanète consiste à mesurer la lumière en provenance de l’étoile autour de laquelle tourne une planète. Au moment où la planète passe devant l’étoile, sa luminosité baisse puis remonte à la fin du transit.

Schéma transit

Cette mesure est délicate car on doit être capable de mesurer une variation de l’ordre du centième de magnitude voir du millième.
Bien sûr, l’œil humain même à l’aide d’un télescope, n’est pas capable de déceler cette infime variation de luminosité. Il faut donc utiliser un capteur électronique de type CCD communément utilisé en astrophotographie. Le principe est simple : il faut prendre des images de l’étoile à intervalle régulier, puis après un prétraitement des images (voir article sur l’astrophotographie), on effectue une mesure photométrique de l’étoile.
Ici, la mesure photométrique est dite différentielle car si l’on ne mesure que la luminosité de l’étoile, le résultat sera biaisé parce que la luminosité varie en fonction de la turbulence, de la hauteur de l’astre, des défauts du capteur CCD etc..
La mesure se fait en prenant comme référence d’autres étoiles (non variables) qui se trouvent juste à coté de l’astre mesuré.
Le logiciel de photométrie va donc mesurer la variation d’éclat de l’étoile tout en corrigeant les fausses variations en se basant sur les étoiles étalons.

N’ayant pas d’expérience de ce genre de mesure et ne sachant pas si mon matériel permettait de mesurer une aussi faible variation de magnitude, je me suis lancé dans cette mesure à « l’aveugle ».
La nuit du vendredi 30 septembre 2011 au 1er octobre 2011 était annoncée comme bien dégagée. J’ai donc consulté les éphémérides des transits d’exoplanètes sur le site de la Société Astronomique Tchèque et parmi plusieurs transits, j’ai repéré celui de HAT-P-10/WASP 11b qui avait une variation de 0,0254 magnitude (cette variation est importante comparée aux autres transits, d’où mon choix pour un premier essai). Le transit se déroulait entre 22h11 et 0h50 TU soit pendant 2h39 min.
Le soir venu, après avoir monté et réglé le télescope (mise en station, collimation, étalonnage de l’autoguideur, réglage de la mise au point etc..), j’ai pointé l’étoile et commencé les prises de vues. Il est important de commencer à prendre les images au moins 30 minutes à une heure avant le transit afin de bien voir la baisse de luminosité sur la courbe.
J’ai réalisé un temps de pose de 2 minutes afin d’avoir un rapport signal de l’étoile sur signal du fond du ciel le meilleur possible. Ce temps a été déterminé de manière précise avec la méthode dite « pifométrique ».
L’étoile mesurée se trouve dans la constellation du Bélier (coordonnées : AD 03h09’28.54 » ; Dec +30°40’26 »), elle est de magnitude 11,89, sa masse est de 0,82 masse solaire et se situe à environ 400 années lumière de nous. L’étoile se nomme HAT-P-10/WASP 11.
La planète a été découverte le 29 septembre 2008 simultanément par deux équipes, sa masse est de 0,46 masse jovienne et sa période de rotation est de 3,722469 jours. La planète se nomme HAT-P-10/WASP 11b. La règle de nomination des exoplanètes est le nom de l’étoile suivie d’une lettre. Le « b » indique que c’est la première exoplanète découverte autour de cette étoile.

« L’avantage » de ce genre de mesure, c’est qu’une fois que le télescope est en route et que les images s’enchaînent, l’opérateur (moi en l’occurrence) n’a plus rien à faire et surtout ne doit plus rien faire à proximité du télescope afin d’éviter toute vibration. C’est pourquoi je suis allé me coucher.

Voici le champ CCD où se trouvent l’étoile et les étoiles de référence que j’ai utilisées (le nord est en haut) :

 

Courbe photométrique du transit :

L’autoguideur s’est mis à faire osciller le suivi du télescope, c’est pourquoi les premières mesures sont erronées. Le problème a été résolu juste avant le début du transit.

On voit bien sur la courbe que le début et la fin du transit se font de manière progressive et non brutale ce qui est caractéristique d’un transit d’une exoplanète.

Coté matériel, voici la configuration que j’ai utilisée :
– Télescope : LX200 200mm de diamètre, focale de 1260mm (réducteur de focale).
– Autoguidage : Lunette de 80mm de diamètre + autoguideur PL1-M.
– Caméra CCD : Audine KAF400.

Le prétraitement des images a été réalisé par le logiciel IRIS, la réduction photométrique est plus délicate mais grâce à un logiciel comme Audela, la tâche est nettement simplifiée.

Mais avant de faire la mesure photométrique, il faut trouver de bonnes étoiles de référence dans le champ.

Il faut absolument que les étoiles ne soient pas saturées et si possible d’une magnitude proche de l’étoile mesurée. Il est aussi nécessaire d’avoir la magnitude précise des étoiles de référence et pour ce faire, nous avons à notre disposition, nous les amateurs, un outil fait pour les professionnels qui est le Centre de Données astronomiques de Strasbourg (CDS). Le CDS met à disposition des catalogues d’astres avec leur caractéristiques dont la magnitude.

Une fois la réduction photométrique faite et après avoir constaté que le transit était bien visible sur la courbe et correspondait bien aux heures prévues, je me suis souvenu que la Société Astronomique Tchèque, en plus de fournir les éphémérides des transits, héberge aussi une base de donnée semi-professionnelle des mesures comme la mienne. Cette base contient des mesures d’astronomes se trouvant dans le monde entier. Pendant un court instant m’a traversé l’esprit de leur soumettre mes données mais la raison m’a fait oublier cette idée farfelue.

Le lendemain, je suis allé sur leur base de donnée et j’ai constaté qu’il n’y avait qu’une vingtaine de mesures répertoriées pour HAT-P-10/WASP 11b et que ma courbe n’avait rien à envier à celles présentes dans la base. Sans y croire, j’ai rempli le formulaire de soumission des données, précisé les données techniques et validé le tout.

Deux jours plus tard, quelle ne fut pas ma surprise à la lecture d’un mail me confirmant que ma courbe est maintenant intégrée à leur base de donnée (ETD – Exoplanet Transit Database).

Une mesure de ce type est donc tout à fait réalisable par des amateurs et cerise sur le gâteau, est utile à la communauté des astronomes et ainsi fait avancer la science.

Avis aux amateurs…

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