-
-
- Mise à jour le 15 Février 2009
-
-
- CONFÉRENCE
"IL PLEUT DES PLANÈTES"
- Par
Alfred VIDAL-MADJAR.
- Directeur
de Recherche CNRS IAP
- Organisée par la
SAF et l'AFA, dans le cadre de l'AMA09
- À
la FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris
(métro Glacière).
-
- Le Jeudi 12 Février
2009 à 20H30
-
- Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec
plus de résolution peuvent m'être
demandées directement)
- Les photos des slides sont de la présentation
de l'auteur. Voir les crédits
des autres photos et des animations.
- Alfred Vidal-Madjar a eu la gentillesse de nous
donner sa présentation complète (en ppt), elle est disponible sur
ma liaison ftp elle est dans le dossier PLANETOLOGIE
SAF et s'appelle. :
Vidal-Madjar-exoplanetes_AMA_2009.ppt
.
- Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
-
-
-
-
- BREF COMPTE RENDU
-
-
-
- C'est notre ami Gilles Dawidowicz de la SAF,
qui nous présente notre orateur ce soir : Alfred
Vidal-Madjar est Directeur de recherche au CNRS et actuellement en poste
à l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP).
-
-
-
- C'est un grand spécialiste des planètes
extrasolaires et il a déjà publié de nombreux ouvrages dont :
- ·
Il
pleut des planètes chez Hachette et
- ·
Sommes
nous seuls dans l'Univers? Chez Fayard, ouvrage en coopération avec
d'autres auteurs.
-
-
-
-
-
-
-
- Une salle comble pour écouter cette conférence
sur la recherche d'exoplanètes.
-
-
- Alfred Vidal Madjar commence par nous parler de
philosophie scientifique, à propos de……..tournesols; tout le monde
pense que le tournesol se tourne systématiquement vers le Soleil, personne
ne semble mettre ce fait en doute, mais, si on fait bien attention, ce n'est
pas vrai.
- Si vous n'en êtes pas persuadés, visitez
ce site.
-
- Cet exemple doit nous faire réfléchir et nous
permettre de nous
remettre en cause et de remettre en cause les préjugés que l'on a.
-
-
- NOUS
FAIRE SENTIR NOTRE PLACE DANS L'ESPACE.
-
- Il faut essayer de "sentir" notre
position dans l'espace, et à cette effet, notre conférencier nous propose
de nous rendre compte de l'écliptique.
- En effet, les planètes sont toutes alignés
avec le Soleil dans un plan qui s'appelle l'écliptique (là où ont lieu
des éclipses).
-
-
- Dès que l'on voit le soir, la Lune Vénus
et/ou Jupiter, on peut tracer mentalement une ligne, c'est l'écliptique, le plan des planètes.
-
- Ce que l'on voit sur la photo de gauche.
-
- Mais il faudrait en fait, la tourner de telle
façon que cette ligne soit horizontale, comme sur la photo de droite; on
imagine ainsi notre position dans le système solaire suivant les saisons et
l'inclinaison de notre lieu par rapport à ce plan (varie en fonction des
saisons).
-
-
-
-
- À propos de planètes, Pluton n'en fait plus
partie, pourquoi donc?
- En préambule, il faut dire que nos outils se
perfectionnant, on commence à trouver des corps plus grands que Pluton et
situés plus loin que lui comme Eris par exemple, alors il y aurait 10 planètes
ou bien plus, avec le perfectionnement des appareils, on va certainement élargir
la liste; or ce n'est
pas très satisfaisant d'avoir un nombre inconnu de planètes.
-
- Comment classer les corps qui tournent autour
de notre étoile?
-
-
Le
graphique suivant va nous aider à comprendre.
-
- Il représente (échelles logarithmique sur les
deux axes) :
- ·
En vertical : la masse des objets du système solaire.
- ·
En horizontal : la masse de ce qui reste dans leur orbite et dans
leur voisinage immédiat (par ex. astéroïdes, etc..)
-
- Que remarque-t-on?
- Huit
planètes semblent avoir fait le vide autour d'elles, elles sont situées
principalement dans la partie supérieure; alors que les points du coin inférieur
droit ont une masse de l'ordre de grandeur ou plus faible que ce qui reste
sur leurs orbites.
- Les huit planètes dominent dans leur zone,
alors que les autres sont loin de faire la même chose.
-
- C'est la raison pour laquelle Pluton n'est plus
une planète.
-
-
-
- Dans notre système solaire se trouvent aussi des
petits corps, les astéroïdes, dont les principaux se trouvent entre Mars
et Jupiter, dans la ceinture principale d'astéroïdes.
- Comme on peut le voir
sur ce schéma.
-
- Certains peuvent croiser l'orbite de la Terre,
ce sont les géocroiseurs (ou NEA en anglais : Near Earth Asteroids), on
peut voir sur cette
animation le mouvement de ces astéroïdes (en rouge); ils croisent
l'orbite de la Terre, et de temps en temps il pourrait se produire que ce
croisement arrive lorsque la Terre est à la même position.
-
-
-
-
- C'est arrivé dans le passé (les dinosaures)
et cela se reproduira certainement.
-
- Cela a failli se produire avec
2002MN, qui est passé entre la Terre et la Lune.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- MAIS
COMMENT DÉTECTER LES PLANÈTES EXTRASOLAIRES?
-
-
- Il y a deux difficultés majeures :
- ·
une très
faible séparation angulaire
- ·
un
contraste de luminosité par contre énorme.
-
-
- Pour mieux se rendre compte de la difficulté,
Alfred Vidal-Madjar, prend compare la taille du Soleil à celle d'une
orange.
-
- Dans ces conditions, la Terre est un grain de
riz tournant à quelques mètres et Jupiter une bille tournant à quelques
dizaines de mètres.
-
- Mais alors, où se trouve le prochain Soleil,
notre plus proche voisine?
-
-
- Elle
est à …………………1300km de là!!!
(Proxima du Centaure)
-
- Et il faudrait donc que l'on soit capable de détecter
un grain de riz tournant autour de cette orange située à une telle
distance!!
-
- On se rend bien compte ainsi de la difficulté.
-
-
-
- On ne peut donc pour le moment détecter des
exoplanètes que par méthodes
indirectes.
-
-
- LA
MESURE DES VITESSES RADIALES.
-
-
-
- Étoiles
et planètes tournent autour de leur centre de masse commun, qui est légèrement
différent du centre de l'étoile, c'est à dire que l'étoile possède un
petit mouvement décentré autour de ce point.
-
- C'est ce mouvement (wobble en anglais), et ses
variations de vitesse que l'on essaie de détecter pour ainsi révéler la
présence d'une (ou plusieurs) planètes autour de cette étoile.
-
- Ce mouvement est illustré sur l'animation gif
ci-contre.
-
- C'est ce que l'on appelle la mesure par la méthode
des vitesses radiales (Radial Velocity en anglais)
-
-
-
- Il est clair que l'étoile étant énormément
plus massive que l'étoile, son
mouvement autour du centre de masse est très faible, par exemple,
pour notre Soleil, et en ne prenant en compte que Jupiter dans le système
solaire, il serait de l'ordre de 500 microsecondes d'arc, vu d'une distance
de 10pc comme expliqué dans cet
article de l'Observatoire de Paris.
- Le déplacement dû à une petite planète
comme la Terre serait …………1000 fois plus faible!!!
- Hors de portée de nos instruments pour le
moment.
-
-
- De telles différences de vitesse ou de déplacement
peuvent être détectés par
effet Doppler, que tout le monde connaît maintenant, c'est par exemple,
le cas
de la voiture qui arrive de loin vous dépasse et s'éloigne de vous.
- Quand on s'approche les longueurs d'onde
diminuent (plus aiguë ou plus bleu) et quand on s'éloigne, elles
augmentent (plus grave ou plus rouge).
-
- Ce déplacement en fréquence (shift en
anglais) se détecte sur la lumière émise par l'étoile autour de son
orbite.
-
- Un
bel exemple de déplacement des raies
par la présence d'une exoplanète.
-
- Mais un tel déplacement de fréquence se détecte
aussi dans la fréquence d'émission d'un pulsar, et c'est en fait par cette
méthode qu'a été découverte la présence d'une planète autour
d'un pulsar en 1992, autour du pulsar PSR B1257+12 par Wolszczan
- Après plus ample étude de ce système, on
s'aperçut que trois planètes tournaient autour de ce pulsar.
-
- Mais les planètes autour de pulsars semblent
très rares et c'est un système planétaire très exotique.
-
- Intéressons nous maintenant aux systèmes plus
classiques.
-
-
- Les
exoplanètes découvertes.
-
- La première exoplanète trouvée par la méthode des vitesses radiales (effet
Doppler sur la lumière de l'étoile), l'a été par Michel Mayor et Didier
Queloz de l'Observatoire de Genève au télescope de Haute Provence (OHP) en
1995 avec le spectrographe
ELODIE
-
- C'est la planète baptisée
51 Peg b, tournant autour
de l'étoile 51 Peg dans le carré de Pégase et située à 42 années
lumière de nous, donc très très proche.
- Ils ont mesuré les variations de vitesse nuit
après nuit et ont eu la surprise de noter que la période était très
rapide : 4,2 jours!!!
-
- Ils ont
mesuré aussi la distance à l'étoile : surprise aussi: elle est
très près : 0,04UA et de masse 0,5 celle de Jupiter et température évaluée
à 1300°K.
-
- C'est le premier élément de ce que l'on va
appeler des "Jupiter chauds" (Hot Jupiter).
-
- (M Mayor nous
a expliqué sa découverte à l'IAP lors d'une conférence avec résumé
sur ce site).
-
-
- La question que l'on peut se poser est
maintenant celle-ci : a-t-on
plus de chance de trouver des exoplanètes massives ou légères?
-
-
-
-
On
pourrait penser que comme les premières découvertes étaient des Jupiter,
ce serait celles-ci les plus fréquentes, et bien il semble que non.
-
- Après analyse des quelques premières
centaines d'exoplanètes découvertes (voir courbe), ce sont les planètes légères
qui sont plus fréquentes.
-
-
- Cette courbe représente le nombre de planètes
découvertes en ordonnée, par classe de masses de Jupiter en abscisse.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- LA
MÉTHODE DES TRANSITS PLANÉTAIRES.
-
-
-
- Voici le principe: une planète (invisible
depuis la Terre), passe devant son étoile régulièrement; l'éclat de l'étoile
diminue légèrement.
-
- C'est cet affaiblissement de luminosité que
l'on détecte pour affirmer la présence de la planète.
-
- Une
animation du transit d'une planète
devant son étoile.
-
- C'est le même genre de phénomène que l'on a
observé avec Vénus
lors de son passage devant le Soleil le 8 Juin 2004.
-
-
-
-
-
-
-
Il
se trouve que c'est autour de Bêta Pictoris que l'on a longtemps pensé
avoir trouvé la première planète extrasolaire par la méthode des
transits.
-
- En effet en 1994 Mr Lecavelier des Étangs de
l'IAP et ses collègues, en analysant des données anciennes de 1981, sur
cette étoile, détectent une baisse de la luminosité (voir diapo
ci-contre) de cette étoile, cela semble être produit par le transit d'une
planète de période relativement longue (de l'ordre de 10 ou 20 ans).
-
- Mais la détection d'une planète doit pouvoir
être confirmée par une deuxième mesure, et cela n'a pas été le cas même
après une longue période d'attente jusqu'en 2003. Donc abandon de cette
recherche pour le moment.
-
-
-
-
-
- La première "vraie" détection d'une
planète par transit, l'a été en 1999 par
Charbonneau et al (2000) et par Henry
et al (2000), avec la découverte de HD-209458b.
-
-
-
-
- Une planète de l'ordre de grandeur de la masse
de Jupiter orbite HD
209458 (150al dans Pégase) , en voici ses caractéristiques
principales, car cette planète a eu la chance d'être découverte par deux
méthodes différentes qui permettent ainsi d'atteindre plusieurs de ses
paramètres. Par rapport à Jupiter, notre étalon.
-
- ·
Période = 3.524738 jours
- ·
Masse = 0.69 ±0.05 MJupiter
- ·
1,6% d’absorption de la lumière stellaire
- ·
Rayon = 1.35 ±0.04 RJupiter
- ·
Densité = 0.35 ±0.05 g/cm3
-
- Lors des transits on peut avoir aussi des
indications sur l'atmosphère de la planète, puisque la lumière de l'étoile
traverse son atmosphère. On y découvre
alors C, O2, H2O etc..
-
-
-
-
- On s'aperçoit aussi d'un étrange phénomène
: l'atmosphère
d'Hydrogène …..s'évapore.
-
-
Est-ce
possible? Oui, car l'atmosphère de cette planète, si proche de son étoile
(7 millions de km seulement! Notre Jupiter est 100 fois plus loin) est
chauffée de façon extrême, se dilate
et est soumise aussi aux forces de marée de son étoile , l'Hydrogène
est aussi poussé par le vent stellaire; tout ceci concourt à la faire s'échapper
de la planète.
-
- On
voit sur ce site, une
animation (met longtemps à charger) préparée par l'IAP montrant le
passage de la planète devant son étoile.
-
- Du
coup, on baptise cette planète du nom du Dieu Égyptien Osiris, dont le
corps avait été découpé en de multiples morceaux et disséminés dans
toute l'Égypte.
-
-
-
-
- De
telles planètes gazeuses, peuvent après évaporation devenir solides,
donc, des résidus d'évaporation.
- On
les dit "chtoniennes",
la racine de cet adjectif est la même que pour autochtone.
-
- Tout
ceci nous amène à nous poser des questions sur la durée de vie de telles planètes.
-
- On
peut
tracer un graphique où l'on positionne les diverses découvertes , en
horizontal nous avons la distance en UA par rapport à l'étoile et en
vertical la masse des planètes en fonction de la masse de Jupiter.
- L'âge
se trouve être le paramètre marqué sur chaque courbe (en unité log, par
exemple 11 veut dire 1011 soit 100 milliards d'années).
- On
remarque que les planètes à "évaporation" sont bien entendu
situées dans le bas, dans la zone bleue: en effet elles sont très près de
leur étoile. Elles ont une durée de vie faible.
- De
même les restes d'évaporation sont encore plus bas (leurs dimensions ont
diminué) dans la zone noire
-
- (On a pensé à un moment que Mercure pouvait
être un tel résidu.)
-
-
- LES
SURPRISES DES EXOPLANÈTES.
-
-
-
- ON ATTENDAIT :
ON A TROUVÉ :
-
- -
des géantes semblables à Jupiter
- une variété de planètes de
petites jusqu’à 5 MT
qui s’évaporent avec
océan
- de longues périodes: mois, années
- périodes très courtes 0,8 jours
- - des orbites circulaires
- orbites très excentriques 0.93
- - des masses semblables à
Jupiter
- jusqu’à 20 fois Jupiter
-
-
- Les
dernières découvertes :
-
- 1) Le
trident de Neptune autour de HD 69830 : il possède la particularité
d'avoir trois planètes et peut-être un disque d'astéroïdes.
- La planète la plus interne est très
probablement rocheuse tandis que la plus externe orbite dans la zone dite
habitable.
-
- Ces planètes ont des masses
approximativement égales à 10 ; 12 et 18 masses terrestres (Neptune : 17
masses terrestres) et tournent sur des orbites de 9 (0,07UA) ; 32 (0,18UA)
et 197 jours (0,63UA). (Neptune : 165 ans!).
-
-
- 2) HAT-P1-b
, un planète plus grosse que Jupiter mais de masse plus faible, donc avec
une densité très faible, découverte par le télescope automatique
Hongrois HAT. Sa particularité : elle est dans un système double d'étoile
(ADS 16402).
-
- 3) 55
Cancri : Un système à cinq planètes autour d’une étoile double !
avec les caractéristiques suivantes :
- 0.03 MJ,
2.82 jours ; 0.82 MJ, 14.7 jours ; 0.17 MJ,
44.3 jours ; 0.14 MJ,
260 jours et 3.83 MJ, 5218 jours
-
- 4) Très
récemment (Fev 2009) une planète découverte
par Corot :
- Corot
Exo-7-b qui serait la plus petite exoplanète jamais découverte.
Elle aurait 5 M Terrestres, un rayon de 1,7 fois celui de la Terre et
orbiterait son étoile en ….0,85 jours.
- On peut voir ICI
un film d'animation.
-
-
- OÙ
L'ON REPARLE DE BÊTA PICTORIS.
-
-
- Très récemment aussi, une probable exoplanète
autour de l’étoile Bêta Pictoris (dont nous avons parlée plus haut), éloignée
de celle-ci de seulement entre 5 et 8 UA et ayant 8 fois la masse de
Jupiter, vient d’être mise au jour par une équipe française, conduite
par A.M. Lagrange et son équipe du LAOG (Grenoble).
-
-
Les
images (voir à gauche) ont été obtenues au VLT équipé d'un système
d'optique adaptative NACO.
-
- Ce
pourrait bien être la planète qui transitait en 1981.
-
- Cette image composite représente
l’environnement proche de l’étoile Bêta Pictoris telle qu’on vient
de l’observer en infrarouge. Cet environnement d’un très faible éclat,
se révèle après une soustraction très précise du halo stellaire
beaucoup plus lumineux.
-
- La partie extérieure de l’image montre la
lumière réfléchie sur un disque de poussière, déjà observé en 1996 (Mouillet
et al 1997) ; la partie interne est l’environnement très proche tel
qu’il vient d’être observé à 3,6 microns (bande L’). La source
nouvellement détectée est plus de 1000 fois plus faibles que Bêta Pic et
est alignée avec le disque. Elle se situe à une distance projetée de 8 UA.
Les deux parties de l’image ont été obtenues sur des télescopes de l’ESO
équipés d’optique adaptative.
- (commentaire tiré de l'article
du LESIA)
-
-
-
-
- On pourrait confirmer la présence de cette
exoplanète seulement en 2015 au prochain transit, attendons ce n'est pas si
loin!
-
-
-
- Pour conclure, Alfred Vidal-Madjar nous parle
du calendrier cosmique.
-
-
- LE
CALENDRIER COSMIQUE.
-
-
-
-
- On va supposer qu'une année du 1er Janvier 0h 0mn
0s au 31 Décembre à minuit représente exactement l’âge de notre
Univers soit environ 15 milliards d’années.
-
- On va retracer les faits les plus importants
jusqu'à l'arrivée de l'Homme et même après.
-
-
- Cette analogie est très
bien détaillée sur le site de notre orateur.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- Quelques
points remarquables :
-
- ·
Les premières galaxies se forment très rapidement : le 2 Janvier;
- ·
Le système solaire n'arrive que mi-Septembre
- ·
Nous ne possédons une atmosphère similaire à celle d'aujourd'hui
que depuis début Décembre.
- ·
Les dinosaures sont là pour Noël
- ·
Les premiers humains n'arrivent que le dernier jour de l'année
- ·
Lucy vers 21H, l'homme de Neandertal 3 minutes avant minuit
- ·
10 secondes avant minuit on construit les Pyramides d'Égypte
- ·
les premiers pas de l'Homme sur la Lune ont lieu 6/100ème
de seconde avant minuit!
-
-
-
- On pourrait évidemment poursuivre ce
calendrier dans l'autre sens, vers le futur.
-
- ·
L'humanité s'installe dans le système solaire (500 ans nécessaires
disons) : 1 seconde dans le calendrier cosmique
- ·
Supposons qu'il faille 50 millions de nos années pour conquérir
notre Galaxie, cela représente une journée seulement!
- ·
La fin du système solaire est prédite aux environs du …..1er
Avril!
-
- Donc à quelques jours près à cette échelle,
si il y avait eu d'autres civilisations, elles auraient certainement envahi
la Galaxie et nous nous en serions rendus compte, or comme disait Fermi
(voir le paradoxe
de Fermi) "Where is everybody?" (où sont ils?), on
peut imaginer que nous sommes probablement seuls!
-
-
-
Merci
cher Alfred Vidal-Madjar pour ce voyage extraordinaire.
-
-
-
-
- Nombreuses questions du public à la fin de la
conférence montrant l'intérêt de ce genre de sujet.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- POUR ALLER PLUS LOIN.
-
- L'Encyclopédie
des Planètes Extrasolaires par Jean
Schneider de l'Observatoire de Paris, maintenu à jour très régulièrement.
À consulter absolument!!
-
- Formation
du système solaire et ceinture d'astéroïdes
par l'Université d'Hawaï.
-
- Les
planètes extrasolaires par R Ferlet,
CR de conférence.
-
- Une autre conférence de R Ferlet sur les
exoplanètes.
-
- L'effet
Doppler expliqué simplement (en
anglais).
-
- The
Search for and Discovery of Extra-Solar Planets
par l'Université de Washington.
-
- Les
pulsars CR de la conférence de J Bell
Burnell.
-
- Michel
Mayor sur les exoplanètes.
-
- La
méthode du transit par l'Observatoire
de Paris.
-
- Osiris s'évapore : http://www.physics.uc.edu/~sitko/AdvancedAstro/30-ExtrasolarPlanets/anim_transit_quick.gif
-
- Atmosphères
des exoplanètes par la NASA.
-
- Une
planète extrasolaire s'évapore par
le CNRS.
-
- La
mission Corot par C Catala, CR de sa
conférence.
-
- Article du Nouvel Observateur sur
Bêta Pictoris.
-
- Beta
Pictoris planet finally imaged?
Par l'ESO.
-
- L'exoplanète
géante longtemps suspectée autour de Bêta Pictoris
probablement imagée par le CNRS.
-
- Le
dossier des archives du site
planetastronomy.com sur les exoplanètes.
-
-
-
- Bon ciel à tous
-
-
- Jean Pierre Martin
membre de la SAF
- www.planetastronomy.com
- Abonnez-vous
aux astronews du site en envoyant votre nom et e-mail.
-