QCM Lexique

Auteur: JLB

Objets observés
Atmosphère
Instruments

Objets observés

Paramètres

Voici quelques questions sur les paramètres importants à prendre en compte dans l'imagerie directe des exoplanètes :

1) Pourquoi est-il plus facile de détecter une planète (sans considération sur son âge) plutôt éloignée de son étoile ?
Elle sera plus froide.
Elle sera plus séparée sur le ciel.
Elle se sera formée par effondrement gravitationnel.

2) Pour l'imagerie directe, quel est le plus important ?
Que la planète passe devant son étoile ?
Que l'étoile soit proche de nous ?
Que la planète ait une influence significative sur son étoile ?

Cibles

Voici quelques questions sur les cibles de l'imagerie directe :

1) A priori, une jeune naine M est une cible intéressante, pourquoi ?
L'étoile a une relativement faible luminosité et la planète une relativement forte.
Le contraste entre l'étoile et la planète est le plus fort.
L'étoile est active.

2) Plusieurs exoplanètes ont été imagées autour d'étoiles de type A, pourquoi ?
Une étoile de type A est plus jeune donc ses planètes le sont aussi et émettent plus de lumière.
Une étoile de type A va chauffer plus facilement ses planètes car elle est plus lumineuse.
Les étoiles de type A sont les plus nombreuses.

Atmosphère

Voici quelques questions sur les effets de l'atmosphère terrestre, et comment on tente de les corriger.

1) L'atmosphère est très absorbante dans :
Le proche infrarouge.
Le visible.

2) Quel effet va avoir l'atmosphère sur les observations dans des gammes de longueurs d'onde où elle est transparente ?
Parfaitement séparer la lumière provenant des différents objets observés.
Étaler et modifier la forme des PSF des différents objets observés.
Sans effet.

Instruments

Séparer

Hors atmosphère, avec un optique parfaite, il n'est toujours pas simple de séparer les planètes de leurs étoiles. Voici quelques questions sur ces techniques :

1) Dans le principe du coronographe de Lyot, seul le fait placer un masque unique sur la trajectoire de la lumière par l'étoile est important.
Non, il faut aussi collimater le faisceau après.
Il faut obligatoirement adapter ce masque au rayon de l'étoile cible.
Oui, le masque seul suffit.

2) L'imagerie différentielle angulaire (ADI) utilise un mouvement de rotation pour séparer la lumière provenant de l'étoile de la lumière provenant de la planète, lequel ?
L'ADI utilise le fait que la planète se déplace sur son orbite entre chaque image.
L'ADI utilise le fait que l'on déplace le télescope, par rapport à l'étoile, entre chaque image.
L'ADI utilise le fait que la Terre effectue une rotation entre chaque image.

3) L'imagerie différentielle spectrale utilise des bandes spectrales calibrées pour profiter des raies d'absorptions de l'étoile et ainsi pouvoir retirer la lumière de de celle-ci.
Vrai.
Faux, les bandes spectrales utilisées sont calibrées pour utiliser les raies spectrales des planètes.
Faux, les bandes spectrales utilisées sont calibrées pour utiliser les raies d'absorptions de l'atmosphère terrestre.

Corriger

Au sol, nous devons corriger les effets de l'atmosphère terrestre et le fait que l'optique n'est pas parfaite. Voici quelques questions sur la correction de ces effets:

1) Qu'est-ce qu'une tavelure (speckle) ?
Un amas de gaz en rotation autour de l'étoile cible.
L'image d'un nuage qui passait à coté de l'étoile au moment de l'observation.
Un défaut sur le chemin optique.

2) Comment fonctionne l'optique adaptative ?
On déforme un miroir sur le chemin optique, en direct, pour obtenir une image la moins dégradée possible.
On analyse la composition de l'atmosphère, en direct, pour modéliser son effet et le corriger sur l'image.

Réponses aux QCM

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QCM 'Paramètres'

Question 1
Solution : réponse 2) ( Plus une planète est loin de son étoile, plus la distance angulaire entre ces deux corps a des chances d'être suffisamment grande et donc plus facilement la planète sera détectable. En revanche, plus elle est éloignée, moins elle est chauffée et éclairée par son étoile, ce qui rend la planète moins lumineuse et donc moins facilement détectable. Enfin une planète formée par effondrement gravitationnel se forme en effet loin de son étoile, mais l'incidence sur sa détectabilité par rapport à une formation classique par accrétion, surtout si le système est ancien, n'est pas probante. )
Question 2
Solution : réponse 2) ( Plus l'étoile est proche de nous plus la distance angulaire entre la planète et l'étoile sera grande donc plus facilement elles seront séparables. )

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QCM 'Cibles'

Question 1
Solution : réponse 1) ( Une naine M est une étoile de faible luminosité, température et masse (voir diagramme HR). Si elle est jeune alors les planètes qui tournent autour le sont aussi, et sont donc chaudes et lumineuses. Ceci diminue le contraste entre le système planétaire et son étoile, simplifiant la détection par imagerie directe. Mais les naines peuvent aussi être active (avoir de nombreuses éruptions stellaires) ce qui peut compliquer la tache de détection ! )
Question 2
Solution : réponse 1) ( Les étoiles les plus lumineuses, les plus massives, sont aussi celle qui évoluent le plus rapidement. Si un étoile de type A se trouve sur la séquence principale, elle est nécessairement jeune, ce qui en fait une cible pour trouver des planètes jeunes donc très lumineuses. En revanche, une planète dont l'atmosphère est chauffée par ce type d'étoile devra quand même être relativement proche, ce qui complique la détection. Statistiquement les étoiles de type A ne sont pas nombreuses (moins de 1% des cas), on trouve surtout dans l'environnement du Soleil des étoiles de même type et surtout des étoiles plus légères encore. )

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QCM 'Atmosphère'

Question 1
Solution : réponse 1) ( L'atmosphère est quasiment transparente dans le domaine de longueur d'onde visible, heureusement sinon nous ne pourrions jamais rien voir quoi que ce soit ! Dans le proche infrarouge la situation est très différente : la vapeur d'eau y est très absorbante et ne laisse que des domaines de transparence très réduits pour étudier les planètes depuis le sol. )
Question 2
Solution : réponse 2) ( Dans l'atmosphère on trouve, même par temps clair des formations nuageuses optiquement fines, stratifiées, qui se déplacent dans des directions et avec des vitesses différentes suivant l'altitude ou des turbulences qui vont modifier de façon aléatoire et rapide le chemin optique parcouru par la lumière en provenance des objets que nous étudions. Ces modifications de chemin optique vont conduire à une déformation de l'image des objets à l'arrivée, ce qui va étaler les images obtenues. )

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QCM 'Séparer'

Question 1
Solution : réponse 1) ( La coronographie permet de retirer une partie de la lumière provenant de l'étoile, on place le masque sur l'image de l'étoile de façon à atténuer son centre et l'on collimate la lumière en sortie pour retirer les résidus diffractés. La taille du masque ne nécessite pas d'adaptation, en revanche celui-ci doit être conçu suffisamment petit pour ne pas arrêter la lumière des planètes ! )
Question 2
Solution : réponse 3) ( L'ADI fixe le télescope sur l'étoile cible, mais utilise le fait que l'on ne compense pas la rotation de la voûte céleste autour de l'axe de rotation terrestre pour laisser l'image de la planète tourner autour de cet axe. Le mouvement de la planète pendant une nuit d'observation, typiquement, dans le cas de l'imagerie directe, à plusieurs unités astronomiques de son étoile, n'est pas observable. )
Question 3
Solution : réponse 2) ( L'imagerie différentielle spectrale profite de la différence entre les spectres de l'étoile (chaude donc avec peu de molécules et donc peu d'absorption) et des planètes (plus froides donc comportant des molécules qui ont tendance à absorber une grande partie du rayonnement). On cherche à utiliser au moins une bande spectrale où l'on voit la planète et l'étoile et une où l'on ne voit que l'étoile car le spectre de la planète est à cet endroit dominé par une ou plusieurs molécules (dont les bandes d'absorption sont assez larges). )

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QCM 'Corriger'

Question 1
Solution : réponse 3) ( Une tavelure n'est pas l'image d'un objet physique, c'est un artefact provoqué par des défauts sur le chemin optique (atmosphère et instrument). )
Question 2
Solution : réponse 1) ( Les systèmes d'optique adaptative forme une boucle composé d'un miroir et d'un analyseur de front d'onde, l'idée est de modifier la forme du miroir pour obtenir un front d'onde non perturbé. )