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- Mise à jour le 14 Février 2011
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- CONFÉRENCE
MENSUELLE DE LA SAF
"À LA RECHERCHE DE NOUVEAUX MONDES :
LES PLANÈTES EXTRA SOLAIRES"
- Par Roger FERLET
- Directeur de
recherches CNRS
Astrophysicien à l’IAP.
- Au
FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
- Le Mercredi 9 Février
2011 à 20H30
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- 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.
- (Roger a eu la gentillesse de nous donner sa présentation
complète (en ppt elle est disponible sur
ma liaison ftp et s'appelle.
SAF-Ferlet.ppt elle est dans le dossier
CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2010/2011)
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- Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
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- Le compte rendu sera succinct étant donné que
la présentation est disponible au téléchargement.
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- Roger Ferlet, membre de la SAF, est un grand spécialiste
des exoplanètes.
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- Il nous propose ce soir de décrire les différentes méthodes pour mettre à jour
ces….nouveaux mondes.
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- Cette notion d’autres mondes est relativement
ancienne, puisque même Épicure en parle dans sa fameuse lettre à Hérodote vers
300 av JC:
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- Les mondes sont en nombre infini, les uns
semblables à celui-ci, les autres dissemblables; (…) il n’y a nulle
part d’obstacle à cette infinité;(…) il n’y a aucune nécessité à
ce qu’ils aient la même forme.
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- Beaucoup plus tard Giordano Bruno reprend ces
idées avec le dénouement funeste que l’on sait : il sera brûlé
vif en 1600 à Rome.
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- Plus près de nous, Bovier de Fontenelle
exprimait les mêmes idées dans son célèbre entretiens sur la pluralité
des mondes.
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- De même nôtre C Flammarion, Schiaparelli et
ses canaux etc..
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- Mais
l’astronomie est une science d’observation,
et comme dit Roger :
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- Comme toute science, elle se construit avec
des faits, de même qu’une maison se construit avec des pierres.
- Les progrès techniques énormes induisent
des faits observationnels nouveaux.
- Mais
- Une simple accumulation de faits ne suffit
pas, tout comme un tas de pierres ne fait pas une maison!
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- Il
faut aussi modéliser, construire une théorie, puis retourner aux faits
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- Un bel exemple troublant d’observation est
cette photo de dromadaires dans le désert, où on demande à brûle
pourpoint de quelle couleur sont les animaux ?
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- On répond bien évidemment noire, mais c’est
une erreur on a répondu trop vite, en faisant attention, on remarque que
c’est l’ombre de dromadaires qui est noire, les bêtes sont vues de
dessus, elles sont plutôt blanches.
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- Comme quoi…..
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- LA
DÉTECTION DIRECTE.
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- Évidemment, la détection directe d’exoplanètes,
serait la Graal de la détection, on verrait directement une planète dans
un autre système solaire.
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- Mais deux difficultés limitent considérablement
cette technique :
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Une séparation angulaire très petite entre planète et étoile hôte.
Par exemple la séparation angulaire entre le Soleil et la Terre, vue
d’une distance de 100 années lumière est de 0,03 arc sec, bien au delà
des performances actuelles de nos instruments. (la séparation
Jupiter-Soleil serait de 0,15 arcsec)
- ·
Un énorme contraste de luminosité entre planète et étoile,
celle-ci étant généralement 10 milliards de fois plus brillante que la
planète recherchée. Soit un écart de 25 ordres de grandeur en magnitude.
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- Mais si on trace les courbes de luminosité de
l’étoile et de la planète en fonction des longueurs d’onde, on
remarque que cet écart (en bleu) de 25 ordres de grandeur en magnitude dans
le visible devient un peu plus faible : 17 , soit 10 millions au lieu
de 10 milliards, dans l’Infra Rouge.
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- Il est donc judicieux d’essayer de détecter
directement plutôt dans l’IR.
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- Et c’est ce qui a été fait récemment, tout
d’abord à l’ESO avec la découverte d’une planète autour d’une étoile
peu brillante (naine brune), cela a été rapporté dans
cet astronews.
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- Mais la plus émouvante découverte directe, fut
celle de Hubble autour de l’étoile Fomalhaut.
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- De même Bêta Pictoris b, une jeune exoplanète
d'une masse équivalente à neuf fois celle de Jupiter, a été photographiée
par l'un des télescopes du Very Large Telescope de l'ESO.
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- On a même pu préciser deux positions de cette
planète en 2003 et en 2009.
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- Elle est située à 60 années lumière de
nous, et son disque de poussières est très visible.
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- C’est une étoile jeune , quelques dizaines
de millions d’années.
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- DÉTECTION
INDIRECTE : LE LANCEUR DE MARTEAU !
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- En fait, quand on dit qu'une planète tourne
autour de son étoile, c'est faux, la planète et l'étoile tournent autour
de LEUR CENTRE DE
MASSE COMMUN, il s'en suit un mouvement (plus ou moins important
suivant les rapports de masse) de l'étoile devant le fond du ciel; c'est ce
plus ou moins petit mouvement qu'on essaie de détecter.
- (analogie : le lanceur de marteau)
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- Cela nous conduit à trois méthodes :
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L’astrométrie
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Le chronométrage
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La vélocimétrie.
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- L’ASTROMÉTRIE.
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- Cela suppose la détection du mouvement propre
de l’étoile dû à la planète.
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- Or tous ces mouvements à détecter sont
extraordinairement faibles, et ne sont pas encore détectables par nos
instruments.
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- LE
CHRONOMÉTRAGE.
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- C'est la plus ancienne méthode, et elle ne
s'applique qu'aux étoiles bien particulières que sont les pulsars.
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- 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.
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- C'est ainsi que la première exoplanète (en
fait elles seraient trois) a été découverte autour du pulsar PSR
B1257+12 en 1992.
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- LA
VÉLOCIMÉTRIE OU LES VITESSES RADIALES.
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- C’est une méthode basée sur l’effet
Doppler ; si une étoile possède une planète, le léger mouvement
propre dû à celle ci se caractérise par le fait que pendant une partie de
son orbite elle s'approche de l'observateur et pendant une autre partie elle
s'en éloigne.
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- Cette variation est généralement très
faible, dans le cas de Jupiter et de notre Soleil, la variation de vitesse
radiale du soleil serait de ….10m/sec!!
- Comme le son de la sirène de l’ambulance qui
s’éloigne devient plus grave, la
lumière devient elle-aussi plus grave, si l’on veut, en fait, elle
devient moins énergétique, elle se déplace vers le rouge.
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- Les étoiles étant analysées par
spectroscopie (étude des différentes raies émises ou absorbées par les
étoiles), ces raies sont déviées soit vers le bleu (quand
l’étoile se rapproche) et vers le rouge (quand elle s’éloigne).
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- Lors du déplacement de la planète autour de
son étoile, le léger mouvement autour du centre de masse induit un
rapprochement/éloignement de l’étoile par rapport à l’observateur.
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- Ses raies sont donc en fonction de sa position,
décalées soit vers le bleu soit vers le rouge comme on le voit sur cette
illustration.
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- C'est grâce à cette méthode que la
première planète extra solaire a été trouvée par M Mayor et D
Queloz de l'Observatoire de Genève avec le spectrographe
ELODIE de l'Observatoire de Haute Provence (OHP).
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- 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.
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- Cette découverte remet en cause ce que l’on
pensait de la formation des systèmes solaires, en effet on venait de découvrir
une planète géante très proche de son étoile, alors qu’on pensait que
ce type de planètes (comme Jupiter) se trouvait beaucoup plus loin.
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- On a cherché longtemps une explication, il
semble que ce soit la migration des planètes géantes formées loin et qui
à cause de certaines influences migrent
vers le centre de leur système solaire.
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- On découvre même des systèmes multiples comme
HD 69830.
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- MÉTHODES
PHOTOMÉTRIQUES.
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- Deux applications principales à ces méthodes
photométriques (signifie que l’on mesure une variation de luminosité et
non plus de position) :
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Le transit
- ·
Les micro lentilles gravitationnelles.
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- LE
TRANSIT.
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C'est
la méthode photométrique la plus courante actuellement, cela correspond au passage
d'une planète devant le disque de son étoile ce qui provoque une (très)
légère atténuation de sa luminosité que l'on détecte.
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- (ordre de grandeur : Jupiter provoquerait 1%
d'atténuation et notre belle planète : 0,01%!!!).
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- Une telle méthode suppose bien sûr de bonnes
conditions d’observation : vue par la tranche .
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- Voir sur
cette page une animation expliquant le phénomène.
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- Le premier transit fut détecté en 1999, pour
la planète HD-209458b,
qui fut baptisée Osiris.
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- Les sondes spatiales lancées actuellement pour
la détection d’exoplanètes, comme Corot
du CNES ou Kepler de la NASA, sont basées
sur ce principe.
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- Nous avons largement rapporté sur les découvertes
de ces sondes de nombreuses fois sur ce site.
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- Signalons juste les très récentes découvertes
de Kepler, avec le
système solaire Kepler 11, système de 6 planètes dont certaines
rocheuses.
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- LES
MICRO LENTILLES GRAVITATIONNELLES.
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- L’effet micro lentille, est basé sur la
variation de lumière d'un objet source (une étoile, une galaxie, un amas
de galaxies) devant laquelle passe une masse importante, une autre étoile
par exemple, suivant ce qu'avait prédit le génial Albert Einstein avec ses
lois de la relativité..
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- En effet suivant la position de la source et de
l'objet lentille on voit des formes différentes comme expliqué sur le
dessin ci contre et aussi sur cet
astronews précédent qui résume le sujet.
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- L’inconvénient d’une telle mesure est
qu’elle est la mieux adaptée pour des étoiles lointaines, l’avantage
est qu’elle permet de détecter des objets de faible masse.
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- Une des premières découvertes a été faite
par cette méthode avec le projet 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.
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- Puis en 2005, une planète
tellurique.
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- EN
CONCLUSION.
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- On peut porter sur un graphe, les exoplanètes
découvertes avec en abscisse la distance à l’étoile (en UA = distance
terre-soleil) et en ordonnée la masse par rapport à la masse terrestre.
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- On a représenté en bleu les planètes de
notre système solaire, en rouge les dernières planètes Kepler-11 et en
violet les autres planètes Kepler.
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- On
n’est pas encore dans la zone de la Terre, mais on se rapproche !!
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- À ce jour (9 Février 2011) on a découvert :
- ·
529 Exoplanètes dont
- ·
440 systèmes planétaires et
- ·
55 systèmes multiples.
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- L’instrument le plus précis à ce jour pour
découvrir les exoplanètes :
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- HARPS
à l’ESO au Chili.
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- POUR ALLER PLUS LOIN.
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- De nombreuses références se trouvent sur les
compte rendus précédents de conférences sur les planètes extra solaires,
notamment :
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- Les
planètes extra solaires par R Ferlet
à la SAF en décembre 2005.
-
- Il
pleut des planètes par A Vidal Madjar
en Février 2009.
-
- D’autres
mondes dans l’Univers par M Mayor à
l’IAP en Mai 2006.
-
- Une
multitude de mondes par M Mayor à
l’UNESCO en Janvier 2009.
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- Sur
Bêta Pictoris.
-
- The
Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE):
Bohdan’s and Our Great
Adventure par A. Udalski, presentation ppt.
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-
- Dossier
exoplanètes sur planetastronomy.com :
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-
- Bon ciel à tous
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-
- Jean Pierre Martin
membre de la commission de cosmologie de la SAF
- www.planetastronomy.com
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