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
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