La jeune étoile GQ Lupi et son faible compagnon planétaire. Crédit : ESO/VLT

La détection directe consiste à prendre une image globale (ou partielle) du système planétaire, où la planète apparaît comme un point. C'est de loin la méthode la plus riche et la plus prometteuse. Elle permet en effet d'avoir accès à de nombreuses propriétés des planètes.

Flux réfléchi - Flux thermique

Il y a deux régimes différents par lesquels ont peut recevoir la lumière émanant d'une planète:

• la lumière de l'étoile réfléchie par la planète
• l'émission thermique de la planète chauffée par l'étoile.

Un paramètre crucial est le rapport de flux planète/étoile.
Pour le flux réfléchi ce rapport vaut, pour toutes longueurs d'onde: où A est l'albédo (pouvoir réflecteur) de la planète et un "facteur de phase" qui indique la portion relative de la surface éclairée de la planète visible par l'observateur (analogue aux phases de la Lune ou de Vénus). L'albédo dépend plus ou moins de la longueur d'onde en fonction du type et des conditions physiques de la planète.

Le flux thermique dépend de la température de la planète. Si l'on néglige les sources de chaleur interne, cette température est fournie par le flux incident de l'étoile qui chauffe la planète. Elle est donnée par où S est un facteur caractérisant l'effet de serre. Ce dernier mesure la proportion du rayonnement de la planète qui ne peut s'en échapper car absorbé par son atmosphère. Le rapport de flux thermique planète/étoile est alors très dépendant de la longueur d'onde:

On remarque que, aussi bien dans le régime thermique que dans le régime réfléchi, le rapport de flux planète/étoile est extrêmement faible. Comme par ailleurs la planète est, vue par l'observateur, très proche de son étoile, ce dernier est "ébloui" par l'étoile au détriment de la planète.

La réponse à cet inconvénient consiste à amoindrir fortement le flux de l'étoile sans amoindrir celui de la planète. Il y a pour cela deux techniques: la coronographie et l'extinction interférométrique de l'étoile.

Coronographie

Cette technique consiste, de façon simplifiée, à cacher l'étoile par une pastille (masque coronographique) dans le plan de l'image (sans cacher la planète).

Extinction interférométrique

On peut aussi amoindrir le flux d'une étoile dans un interféromètre constitué d'au moins 2 miroirs. On fait interférer "négativement" le flux stellaire passant l'un des miroirs avec celui passant par un autre miroir. Cette interférence destructive éteint l'étoile. On peut arranger la configuration de l'interféromètre pour que le flux issu de la planète ne soit pas éteint. En effet, comme les rayons lumineux issus de la planète viennent d'une direction légèrement différente de celle de l'étoile, le chemin parcouru par ces rayons n'est pas le même.