Une minuscule puce de verre mise au point par des chercheurs de l’université Heriot-Watt a permis de relier deux télescopes afin qu’ils fonctionnent comme un seul et même instrument puissant, marquant une étape importante vers une nouvelle génération de technologies astronomiques.
Le CHARA Array est l’une des installations de référence au monde en astronomie à haute résolution et se compose de six télescopes qui peuvent être reliés entre eux pour étudier des objets célestes avec un niveau de détail extraordinaire. Pour rendre cela possible, la lumière collectée par chaque télescope doit être combinée avec une précision extrême. La puce photonique – qui guide la lumière à travers de fins canaux de verre, à la manière dont les circuits intégrés guident les électrons – a été utilisée avec succès pour la première fois lors d’observations sur le ciel au CHARA Array, en Californie. Les résultats montrent que cette technologie, assez petite pour tenir dans la paume de la main, peut accomplir une tâche qui exigeait traditionnellement des systèmes optiques bien plus grands et plus complexes.
Cette avancée pourrait contribuer à transformer la manière dont les futurs instruments astronomiques sont conçus, en les rendant plus petits, plus robustes et plus faciles à mettre à niveau, tout en offrant la précision nécessaire pour étudier des étoiles et des systèmes planétaires lointains.
L’étude paraît dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), l’une des revues les plus respectées en astronomie.
Les chercheurs estiment que cette technologie pourrait à terme soutenir certains des objectifs les plus ambitieux de l’astronomie, notamment étudier comment les systèmes planétaires se forment et évoluent, tout en aidant les scientifiques à détecter et à caractériser directement des planètes autour d’autres étoiles.
Ce projet international a réuni des chercheurs du Royaume-Uni (université Heriot-Watt), d’Allemagne (universités de Cologne et de Potsdam) et des États-Unis (le CHARA Array de la Georgia State University). La puce photonique au cœur de l’instrument a été développée à l’Institute of Photonics and Quantum Sciences de l’université Heriot-Watt par le professeur Robert Thomson et le docteur Aurélien Benoît. L’équipe a également joué un rôle central dans les campagnes d’observation qui ont démontré cette technologie sur le réseau de télescopes.
Le professeur Robert Thomson a déclaré : « Il s’agit d’une étape majeure pour un programme de recherche lancé il y a plus de 15 ans. Les astronomes peuvent obtenir des vues bien plus nettes de l’Univers en combinant simultanément les observations de plusieurs télescopes. Cette démarche permet aux télescopes de fonctionner ensemble comme s’il s’agissait d’un seul télescope bien plus grand.
« Traditionnellement, combiner la lumière de plusieurs télescopes exige des instruments encombrants dotés d’agencements complexes de miroirs et de lentilles. Nous avons montré qu’une grande partie de ce travail peut plutôt être réalisée par une puce de verre de quelques centimètres seulement.
« Voir cette technologie progresser de la recherche fondamentale et des premières démonstrations en laboratoire jusqu’à une exploitation réussie dans l’une des installations de référence au monde est un résultat particulièrement significatif et une démonstration de la puissance de la collaboration internationale. »
C’est ce rôle que remplit la puce photonique de Heriot-Watt. De minuscules canaux sont inscrits directement, à l’aide d’une technique d’inscription par laser ultrarapide, à l’intérieur d’un verre innovant, afin de donner accès à une plage spectrale encore inexplorée pour ce procédé de fabrication. Ces canaux combinent la lumière entrante, permettant aux télescopes distincts de fonctionner ensemble comme un télescope unique.
La puce se trouve au cœur d’un instrument appelé CHARIOT, conçu comme un banc d’essai pour les nouvelles technologies photoniques. Au cours des campagnes d’observation de 2024 et 2025, CHARIOT a combiné avec succès la lumière provenant des télescopes du CHARA Array et enregistré des signaux issus de diverses étoiles, démontrant la précision requise pour une recherche astronomique avancée. L’instrument a également détecté des signaux provenant d’étoiles plus faibles que celles atteintes par le système qu’il remplace.
Le docteur Aurélien Benoît, de l’Institute of Photonics and Quantum Sciences de l’université Heriot-Watt, a déclaré : « Il y a quelque chose de très spécial à voir un dispositif que nous avons imaginé, conçu, fabriqué et caractérisé en laboratoire être utilisé pour collecter et analyser efficacement la lumière d’étoiles réelles dans l’un des principaux interféromètres astronomiques au monde.
« Le grand avantage de notre approche est que nous pouvons intégrer des fonctions optiques complexes dans une puce de verre remarquablement petite et stable. Combinée à la flexibilité de CHARIOT, cette capacité nous donne une plateforme puissante pour tester et valider rapidement des technologies photoniques de plus en plus avancées à mesure que nous les développons. »
Le docteur Aline Dinkelaker, auteure principale de l’étude à l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam, a déclaré : « Démontrer cette technologie dans des conditions d’observation réelles constitue une avancée importante. Ces premières observations montrent que les technologies photoniques peuvent fournir les performances nécessaires à une recherche astronomique de premier plan.
« À mesure que cette technologie se développera, elle pourrait aider les astronomes à étudier plus en détail les systèmes planétaires autour d’autres étoiles et soutenir certains des objectifs les plus ambitieux de l’astronomie moderne. »
L’un des plus grands atouts de CHARIOT est sa flexibilité. Différentes puces de technologies photoniques peuvent être retirées et remplacées en quelques heures, ce qui permet aux chercheurs de tester rapidement et efficacement des conceptions améliorées.
Ces travaux s’inscrivent dans le domaine en pleine expansion de l’astrophotonique, qui utilise des technologies avancées basées sur la lumière pour relever certains des défis les plus difficiles de l’astronomie.
