Je m'intéresse à l'étude des étoiles naines blanches et plus particulièrement au calcul de modèles d'atmosphères. Les étoiles naines blanches représentent le dernier stade évolutif de plus de 97% des étoiles dans notre galaxie, y compris notre Soleil. Ayant épuisé les sources d’énergie nucléaires en leur centre, les naines blanches se refroidissent tranquillement sur des périodes de temps de plusieurs milliards d’années.

Elles possèdent une masse comparable à celle du Soleil mais dans un volume égal à celui de la Terre, ce qui en fait donc des objets extrêmement compacts dont la densité est un million de fois celle du Soleil. L’étude de ces cadavres stellaires et la détermination de leurs paramètres fondamentaux tels leur température, leur masse et leur composition chimique nous renseignent non seulement sur la nature de ces étoiles, mais aussi sur le lien évolutif avec les étoiles qui les ont engendrées.

La méthode la plus précise utilisée pour mesurer les paramètres fondamentaux des étoiles naines blanches consiste à comparer en détail les données spectroscopiques, c’est-à-dire la distribution du flux en fonction de la longueur d’onde, avec les prédictions théoriques obtenues à partir de modèles d’atmosphère, une méthode que nous peaufinons depuis des années à l’Université de Montréal. L’atmosphère d’une étoile correspond à cette mince couche superficielle d’où provient le flux du rayonnement.
Je m’intéresse également à l'étude des étoiles naines blanches variables de type ZZ Ceti, et plus particulièrement à la détermination empirique des limites en température de la bande d'instabilité. Mes projets théoriques utilisent des données photométriques et spectroscopiques obtenues aux différents observatoires de Kitt Peak en Arizona (2.3 m de Steward, 2.1 m et 4 m de Kitt Peak) et à l'Observatoire du Mont-Mégantic.

Les travaux de recherche de René Doyon mettent l'emphase sur le développement d'instrumentation astronomique d'avant-garde pour divers observatoires au sol et dans l'espace. Il participe aussi activement à divers programmes d'observation ciblant la recherche et la caractérisation de naines brunes, d'exoplanètes et d'étoiles jeunes de faible masse. Pour le volet instrumental, René Doyon mène divers projets d'instrumentation dans le domaine infrarouge (caméra et spectrographe) pour le télescope de l'Observatoire du Mont- Mégantic. Il participe aussi au développement du Gemini Planet Imager pour le télescope Gemini-Sud au Chili, en opération depuis 2013. Il est le co-chercheur principal de SPIRou, un spectro-polarimètre à haute résolution, optimisé pour le domaine infrarouge, pour le Télescope Canada-France-Hawaii. SPIRou est conçu pour détecter des planètes telluriques (i.e. semblables à la Terre), situées dans la zone « habitable » autour d'étoiles de faible masse du voisinage solaire. René Doyon est aussi le chercheur principal de NIRISS, l'un des quatre instruments scientifiques du télescope spatial James Webb, dont le lancement est prévu pour octobre 2018.

Mes travaux de recherche sont principalement orientés vers l’étude de l’atmosphère des étoiles naines blanches, et ce, autant d’un point de vue théorique (calculs détaillés de modèles d’atmosphères) qu’observationnel (observations spectroscopiques et photométriques). Les naines blanches sont des résidus d’étoiles de faible masse ayant épuisé leur réserve de carburant nucléaire. Une naine blanche typique est composée d’un noyau de carbone et d’oxygène représentant plus de 99% de sa masse, entouré d’une mince couche d’hélium qui elle-même est entourée, dans environ 80% des cas, d’une autre mince couche d’hydrogène. Ces couches, bien que minces, sont optiquement opaques et régulent le taux de perte d’énergie de l’étoile (c’est-à-dire son taux de refroidissement). Afin de bien comprendre l’évolution des naines blanches, il s’avère donc essentiel de bien comprendre les propriétés physiques de ces couches superficielles. L’analyse spectroscopique de la lumière provenant de l’atmosphère de naines blanches est la principale technique utilisée afin d’obtenir de l’information sur les parties externes des naines blanches. Mes travaux sont orientés vers l’analyse d’étoiles ayant des traces d’éléments lourds (type spectral DZ et DQ) ainsi que des étoiles ayant une atmosphère de carbone.

Les travaux de professeur émérite de l’université de Montréal Anthony Moffat sont axés sur l’étude des étoiles massives. Les étoiles massives comprennent toutes les étoiles de masse initiale au-delà de 8 masses solaires, qui s'effondrent sur elles-mêmes comme supernovae à la fin de leur vie de « brûlage » nucléaire, laissant des étoiles à neutrons ou des trous noirs. Puisque le rendement en lumière d'une étoile normale va environ comme la cube de sa masse, une seule étoile de 100 masses solaires peut émettre l'équivalent de la lumière d'un million de soleils. Au-delà de 20 masses solaires, les étoiles massives se distinguent par leur vent fort, jusqu’à un milliard de fois plus important que celui du soleil, qu’on croît être déjà très important (comètes, aurores, …). Ainsi, bien que rares et de court temps de vie, les étoiles massives livrent des quantités énormes de rayonnement, la plupart en ultraviolet mortel, et de la matière enrichie en éléments lourds, au milieu interstellaire, prête à former encore plus d'autres générations d`étoiles et planètes comme la Terre. Ce processus était surtout important tôt dans l'Univers, quand les toutes premières étoiles se formaient, toutes très massives.

Les buts principaux de mes recherches sont à explorer :

1. si la pression de la radiation seule peut accélérer les vents extrêmes des étoiles pré-supernova, i.e. pendant la phase de brûlage de He en tant qu’étoiles Wolf-Rayet, en se servant du premier télescope spatial canadien à bord du microsatellite MOST,
2. en construisant un système de microsatellites (BRITE-Constellation) pour examiner les propriétés d`instabilité à très faible ampleur d'un grand échantillon d'étoiles lumineuses,
3. la façon exacte avec laquelle les vents s'accélèrent autour des étoiles lumineuses et chaudes,
4. le rôle des champs magnétiques en accélérant leurs vents,
5. le mystère de comment les grains de poussière se forment et survivent dans l’environnement hostile des étoiles chaudes et lumineuses,
6. la limite supérieur pour les étoiles les plus massives (est-elle de 100, 150 ou 200 masses solaires dans l’Univers actuel ?),
7. le contenu en étoiles WR dans toute notre Galaxie, la plupart desquelles sont cachées par la poussière interstellaire,
8. et si les étoiles WR explosent vraiment en supernova, menant dans certains cas au phénomène le plus énergétique (bien que de courte durée) dans l'Univers, les sursauts de rayons gammas.

Amas globulaires, halos galactiques et distances cosmologiques

En 1968  je définissais le concept de systèmes d’amas globulaires. Ils sont maintenant l’objet de recherches dynamiques de par le monde. Leur importance comme indicateurs de distances cosmologiques est bien établie. Ils nous aident aussi à comprendre la formation et l’évolution des galaxies.

Télescopes et observatoires astronomiques, optique adaptative

En 1976 les universités de Montréal et Laval me chargeaient de mettre sur pied l’Observatoire du mont Mégantic. La Société du Télescope Canada-France-Hawai’i m’a ensuite donné l’opportunité (1980-84) de mettre en service un excellent grand télescope à un des meilleurs sites sur terre et d’en faire le meilleur par la qualité des images qu’il produit. Ceci a contribué à développer au Canada une grande expertise en imagerie haute résolution et conduisit naturellement à des compétences reconnues en optique adaptative

Exoplanètes

Depuis les années 90 mes travaux ont surtout porté sur l’étude effroyablement difficile des exoplanètes par imagerie directe.