Adaptive optics for direct detection of extrasolar planets: the Gemini Planet Imager

The direct detection of photons emitted or reflected by extrasolar planets, spatially resolved from their parent star, is a major frontier in the study of other solar systems. Direct detection will provide statistical information on planets in 5–50 AU orbits, inaccessible to current Doppler searches, and allow spectral characterization of radius, temperature, surface gravity, and perhaps composition. Achieving this will require new, dedicated, high-contrast instruments. One such system under construction is the Gemini Planet Imager (GPI). This combines a high-order/high-speed adaptive optics system to control wavefront errors from the Earth's atmosphere, an advanced coronagraph to block diffraction, ultrasmooth optics, a precision infrared interferometer to measure and correct systematic errors, and a integral field spectrograph/polarimeter to image and characterize target planetary systems. We predict that GPI will be able to detect planets with brightness less than 10−7 of their parent star, sufficient to observe warm self-luminous planets around a large population of targets. To cite this article: B. Macintosh et al., C. R. Physique 8 (2007).

RésuméLa détection directe des photons émis ou réfléchis par des exoplanètes résolues angulairement de leur étoile est un pas décisif pour l'étude de nouveaux systèmes planétaires. La détection directe fournira des informations statistiques sur les planètes ayant une distance orbitale comprise entre 5 à 50 UA, ce qui est un intervalle de séparations qui demeure inexploré par les recherches actuelles basées sur l'effet Doppler, et permettra leur caractérisation : rayon, température, gravité de surface, et peut-être même la détermination de leur composition chimique. De nouveaux instruments sont nécessaires pour effectuer ces observations à fort contraste. Le planétographe Gemini Planet Imager (GPI) est l'un de ces systèmes en construction. Il combine un système d'optique adaptative opérant à grande vitesse et comportant un important nombre d'actuateurs afin de corriger précisément les effets de la turbulence atmosphérique, un coronographe pour réduire la diffraction, des optiques très précises, un interféromètre infrarouge pour mesurer et corriger les erreurs systématiques et un spectrographe/polarimètre à champ intégral pour imager et caractériser les systèmes planétaires. Nous prévoyons que GPI détectera des exoplanètes dont le contraste par rapport à leur étoile est supérieur à 107, ce qui sera suffisant pour observer des planètes chaudes et lumineuses autour d'un grand nombre d'étoiles. Pour citer cet article : B. Macintosh et al., C. R. Physique 8 (2007).