exoplanetes ferlet SAF 8 dec 2007



Mise à jour le 17 Décembre 2007


CONFÉRENCE de Roger FERLET
De l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP) "LES PLANÈTES EXTRA SOLAIRES"
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris

Le Samedi 8 Décembre 2007 à 14H30 à l'occasion de la réunion de la Commission de Planétologie.

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

Cette conférence de notre ami Roger Ferlet s'inspire de celle donnée récemment dans l'amphithéâtre de la SAF sur le même sujet, aussi je ne détaillerai que les points nouveaux.
Cette conférence précédente se trouve dans mes archives ICI.



BREF COMPTE RENDU




Encore beaucoup de monde ce samedi pour la réunion de la commission de planétologie de la SAF dirigée par Gilles Dawidowicz (à l'extrême droite sur la photo)



En introduction Roger Ferlet (photo de gauche) nous parle de l'évolution de nos pensées sur d'autres civilisations et lancinante question de :

Sommes-nous seuls dans l'Univers?

Nous vivons l'époque formidable où la science met des moyens en place pour commencer à répondre à cette question simple, mais qui taraude l'Humanité depuis très longtemps.

Quatre siècles après l'autodafé de Giordano Bruno, nous savons maintenant qu'il existe des planètes qui orbitent d'autres étoiles que notre Soleil.

Il devient même possible de caractériser l'atmosphère de ces planètes extrasolaires.

À la lumière de ces découvertes cruciales, des remises en question sont apparues quant aux scénarios de formation et d’évolution de notre propre Système solaire;




FORMATION DES SYSTÈMES PLANÉTAIRES.


Laplace et sa nébuleuse primitive n'était pas loin de la vérité?

Ces nuages interstellaires ont une densité moyenne de 100.000 particules par cm3 alors que la moyenne du "vide" interstellaire est de 10 particules par cm3!!! Rappelons que ces chiffres sont ridiculement petits même par rapport au meilleur vide que l'on peut obtenir sur Terre (vide poussé de l'ordre de 1 milliard de particules par cm3, vide primaire 10¹⁶ particules par cm3!).

Ces nuages sous l'effet d'une perturbation s'écroule sur lui même, le centre voit sa température augmenter, de même que sa pression et à un certain moment les conditions sont telles que les 10 millions de degrés sont atteints, il y a allumage des réactions thermonucléaires.

Le nuage tourne de plus en plus vite et suivant les lois de la physique, se met en forme de disque.


Dans ce disque de poussières le jeu des collisions fait qu'un phénomène d'agglomération (gravitation) se produit menant à la création de nouveaux corps, les planètes.

Près de l'étoile les anneaux de poussières sont petits et vont donner naissance à des petites planètes telluriques, plus loin de l'étoile, les anneaux de poussières sont plus grands et vont pouvoir attirer même le gaz par gravité et mener ainsi aux planètes géantes.


Les deux phénomènes qui mènent à ces corps que sont étoiles et planètes :

PASSAGE DE GRAND à PETIT CRÉATION D' ÉTOILE

PASSAGE DE PETIT à GRAND CRÉATION DE PLANÈTES



DÉTECTION DES EXOPLANÈTES.

De plusieurs types (déjà traité dans la conférence précédente, je vais éviter les redites).

· Détection directe
· Détection des effets dynamiques des mouvements : mouvement propre et vitesse radiale.
· Détection par des variations de brillance de l'étoile : microlentille et transits.


DÉTECTION DIRECTE DES EXOPLANÈTES.

Pas simple car la planète est baignée dans la luminosité de l'étoile.
Néanmoins nos amis de l'ESO ont réussi à prendre en photo une grosse planète à côté d'une étoile peu brillante une naine brune.



Lorsqu'on étudie le flux lumineux émis par les étoiles et les planètes dans différentes longueurs d'onde, on remarque que l'écart de luminosité est (énorme d'accord, mais) plus faible dans le domaine de l'infra rouge, où l'on gagne un facteur 1000 par rapport au visible, c'est toujours ça de pris.

Pour imager la difficulté, visualiser la Terre située à côté d'une étoile comme le Soleil à 30 années lumière (donc une proche voisine!) est équivalent à un ver luisant placé à 30cm d'un phare de marine situé à Marseille, l'observateur étant à Paris!!!!


On espère des progrès dans cette technique dans les années qui viennent.








DÉTECTION DES EFFETS DYNAMIQUES.


L'étoile et la (ou les planètes) tournent en fait autour de leur centre de masse commun (centre de gravité du système), ce léger mouvement peut être détecté, c'est l'effet dit du "lanceur de marteau".


Cet effet peut être détecté de trois façons :
· Par astrométrie (astrometry en anglais)
· Par vélocimétrie (radial velocity en anglais)
· Par chronométrage (pulsar timing en anglais)





LA MÉTHODE DE CHRONOMÉTRAGE.

C'est la plus ancienne et elle ne s'applique qu'aux étoiles bien particulières que sont les pulsars.
Les flashes des pulsars sont tellement précis (plus précis qu'une horloge atomique) que les faibles variations induites par la présence d'une planète peuvent être détectées.
C'est ainsi que la première exoplanète (en fait elles seraient trois) a été découverte autour du pulsar PSR B1257+12 en 1992.


L'ASTROMÉTRIE.

C'est à dire de pouvoir détecter les mouvements propres des étoiles et planètes lointaines.

Ne marche pas encore car la précision de nos appareils n'est pas suffisante.



LA VÉLOCIMÉTRIE OU MÉTHODE DES VITESSE RADIALES.



Met en œuvre des méthodes spectroscopiques, on peut mesurer Vr, la composante de la vitesse de l'étoile vue dans la direction de l'observateur.

C'est l'effet Doppler connu de tous.

Cette méthode donne la masse de la planète au sinus de l'angle de visée près.

C'est cette méthode qui a conduit à la découverte de la première exoplanète en 1995 (voir conférences précédentes et conf de M Mayor).




On découvre alors que ces planètes sont presque toutes des géantes (des Jupiter chauds on dit) qui tournent très près de leur étoile contrairement à ce que l'on a expliqué au début de cette conférence.

Pourquoi?
C'est en fait un des grands mystères des exoplanètes, on ne sait pas encore bien pourquoi.
On pense que ces planètes géantes se sont formées plus loin dans leur système solaire et qu'elles ont migré vers leur étoile.

Mais alors et notre système solaire pourquoi n'est il pas comme cela?

C'est un grand débat à l'heure actuelle dans les milieux scientifiques.




La méthode des vitesses radiales est la plus employée actuellement et l'ESO avec son spectrographe de qualité HARPS fait des merveilles.




Ils ont découvert une planète de type terrestre autour de Gliese 581.

En fait il y a en tout 3 planètes autour de cette étoile, seule Gliese 581 c ou d (suivant les études).

On voit ici à quoi pourrait ressembler le système solaire autour de Gliese 581 en comparaison avec le notre.

La zone habitable (zone où l'eau existe sous ses trois formes physiques) est représentée par les traits pleins.







DÉTECTION PAR DES VARIATIONS DE BRILLANCE.


LES MICROLENTILLES GRAVITATIONNELLES.

C'est Einstein qui eut l'idée en 1936 qu'une masse importante de matière pouvait servir de lentille optique pour permettre de voir des objets lointains situés juste dans l'axe derrière la masse de matière par rapport à l'observateur.
Il y a amplification de la lumière de l'objet caché.

Si les 3 éléments (observateur , matière lentille et galaxie objet) sont parfaitement alignés, alors on voit un cercle , appelé cercle d'Einstein. De plus si le système objet possède une planète, la brillance de l'ensemble est perturbée au passage de cette planète devant son étoile et cette variation peut être détectée.

Le principe vous en est expliqué dans cet astronews précédent.


Des exoplanètes ont été trouvées grâce à ce principe. C'est le cas notamment de OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) en 2003 : OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53 dont vous pouvez voir les courbes sur le site de l'expérience.




LA MÉTHODE DU TRANSIT PLANÉTAIRE.


Cette méthode a déjà été maintes fois expliquée dans ces colonnes, c'est une méthode photométrique, on détecte la légère perte de luminosité de l'étoile quand la planète passe devant son disque.


Une planète comme Jupiter passant devant le Soleil, ne procure que 2% de diminution de luminosité, alors une planète terrestre vous pouvez imaginer ce que cela pourrait occasionner. (0,01%).


C'est avec cette méthode qu'a d'ailleurs été trouvée le premier transit planétaire autour de l'étoile Bêta Pictoris en 1981.
Mais, car il y a un mais, on ne l'a vu qu'une fois, alors….

Le premier vrai transit est celui de HD 209458 b ou Osiris dont on parle dans la conférence précédente de R Ferlet.


On détecte aussi des transits secondaires (quand la planète passe derrière l'étoile) comme expliqué sur le dessin ci contre. Les IR de la planète disparaissent provoquant aussi une diminution de la luminosité détectée.






Mais le grand intérêt des transits est aussi de pouvoir accéder à la composition des atmosphères planétaires. En effet lors du transit on peut par spectroscopie étudier l'atmosphère de la planète.



Ce fut le cas pour Osiris où l'on détecta Na, C, O et H qui s'échappe.


La planète perd son Hydrogène comme il a été démontré lors des mesures.
Ces pertes sont de l'ordre de 10¹⁰ g/s.




Ces genres de planètes qui s'évaporent et perdant progressivement leur enveloppe peuvent au cours du temps devenir "nue" , des résidus de planètes gazeuses (on leur a donné un nom des "chtoniennes", divinités grecques ayant participé à la construction du Panthéon grec).



Localisation des planètes extra solaires découvertes actuellement. (cette courbe date d'un an à peu près).
Elles sont matérialisées par des points bleus, ce sont presque toutes des Jupiter chaudes.

Échelle verticale : taille des planètes (1 = la Terre).

Échelle horizontale : masse des planètes (1 = la Terre).

En vert : la méthode des vitesses radiales.
En rose : ce que devrait nous apporter Corot (transit).
En bleu : ce que l'on attend de la mission Kepler.
En orange : la mission GAIA prévue pour 2012.
Le rectangle correspond à la zone habitable du système solaire et les points rouges à nos planètes.





CONCLUSION.


Les futures missions prévues comme Kepler, Gaia, Darwin etc devraient nous permettre de découvrir des planètes de type terrestre.

C'est d'ailleurs la mission en cours de Corot dont les premières découvertes devraient être connues sous peu.





POUR ALLER PLUS LOIN.


Exoplanètes par Fabienne Casoli, est directeur de recherche au Laboratoire Univers Froid (LUF) de l'Observatoire de Paris (Meulon).. C'est un Power Point.

Les exoplanètes par l'ESO, documentation générale.

La prospective concernant les exoplanètes. Document pdf.

Article sur Gliese 581 par nos amis de Futura Sciences.

LIVRE:
Les planètes extra solaires chez Belin par Th Encrenaz et F Casoli.

Voir aussi toutes les références sur les autres comptes rendus de conférences sur les exoplanètes.




Bon ciel à tous


Jean Pierre Martin SAF Commission de Planétologie
www.planetastronomy.com