La nuit, le télescope regarde une étoile, mais il la voit comme une tache tremblotante. L'atmosphère terrestre ondule sans cesse, et la lumière qui la traverse se courbe, comme le faisceau d'une lampe de poche à travers l'eau. Les astronomes savent depuis longtemps corriger ce tremblement grâce à l'optique adaptative : le miroir du télescope change de forme des centaines de fois par seconde pour redresser l'onde lumineuse. Mais même après cette correction, il reste de fines distorsions, et sans connaître leur forme exacte, impossible de mesurer la luminosité ou la forme d'une galaxie lointaine.

D'ordinaire, on capture cette empreinte à partir d'une étoile de référence brillante située près de la cible. Mais ces étoiles ne sont pas toujours disponibles. La nouvelle méthode PSF-R reconstitue la forme de la distorsion sans regarder l'étoile elle-même, en s'appuyant uniquement sur les données du fonctionnement de l'optique adaptative. C'est comme un flotteur qui sent la vague sans la voir : le mouvement du flotteur permet de reconstituer la forme de la vague. Le télescope enregistre comment le miroir a corrigé la lumière, et à partir de ces enregistrements, il calcule quelle était la distorsion.

Les scientifiques ont testé la méthode sur le télescope réel VLT avec l'instrument ERIS. Ils ont observé trois étoiles : une étoile de référence pour l'optique adaptative et deux situées à 7 et 16 secondes d'arc. Pour la reconstitution, ils ont utilisé uniquement la télémétrie de l'optique adaptative, les profils de turbulence de l'atmosphère et les prévisions de vent. Toute l'information a été condensée en trois couches atmosphériques, puis le résultat a été comparé aux distorsions réelles.

Cette précision s'est maintenue jusqu'à des distances correspondant à la moitié de l'angle isoplanétique (environ 2 secondes d'arc). Au-delà, l'erreur grimpait jusqu'à 20 %. Un jeu de données a montré une turbulence surestimée, probablement à cause d'une longueur d'onde courte. Les simulations ont confirmé les résultats et montré que sur le futur télescope ELT, avec son miroir de 39 mètres, la précision sera meilleure, car un miroir plus grand fournit plus d'informations pour la reconstitution.

La méthode est prête à être appliquée sur l'ELT. Pour la caméra MICADO, un service PSF-R sera créé : il fournira automatiquement les formes de distorsion reconstituées à tous les utilisateurs. Cela améliorera la précision des mesures pour les objets étendus brillants, comme les galaxies et les amas d'étoiles, et permettra d'observer des cibles sans étoiles de référence brillantes. Le flotteur qui sent la vague ouvrira de nouvelles profondeurs du cosmos.