Révisions + Exo-planètes, des Jupiters chauds aux - UTL

106 y
74% H
24% He
C, N, O… éléments + lourds
109 K
?
108 y
He  C, N, O…
108 K
H  He
1010 y
107 K
Les étoiles sont des boules de gaz en équilibre entre 2 forces : la gravitation qui tend à
les condenser et la pression consécutive à la fusion thermo-nucléaire active en leur coeur
Rencontres insolites
dans le Cosmos
4. Exo-planètes, des Jupiters
chauds aux super-Terres…
Danièle IMBAULT
Direction des Sciences de la Matière, CEA/Saclay
« Il est d'innombrables soleils et un nombre infini de terres
tournant autour de ces soleils, à l'instar des sept "terres"
que nous voyons tourner autour du Soleil qui nous est proche »
Giordano Bruno
(1548-1600)
Christian
Huygens
1629-1695
Bernard
de Fontenelle
(1657-1757)
A la recherche des exo-planètes,
ou planètes extra-solaires… habitables ?
Vie hors ZH ?
Titan-EnceladeEurope-Cérès…
103 M
102
10
10-1
10-2
10-3
M
Mais…
où les
chercher ?
…et dans les disques
proto-planétaires,
un peu partout !
Mais…comment ?
1. Détection directe
 Quelle est la difficulté ?
Le rapport de luminosité
entre l’étoile et sa planète
Soleil
Terre
Jupiter
Uranus
10-9 en visible
10-5 en infrarouge
1994 / Gliese 229B : Ce n’est pas une planète, mais une naine brune…
Beta Pic : 1er disque débris, 63 AL / IRAS – 1984
2008
Beta Pic b
Période 17-21 ans
à 8 UA de son 
Masse = 8 MJ
VLT / NACO
IR Optique adaptative
2008
2013
Fomalhaut b
1ère exo-planète détectée en optique
(coronographe HST)
Fomalhaut
a Poisson Austral
100 UA
2 M, 2 , à 25 AL
Etoile royale des Perses il y a 5000 ans
2. Méthode de la vitesse radiale
 Connaissez-vous l’effet Doppler ?
Ecart de fréquence / période
= mesure de vitesse relative
Effet Doppler –Fizeau
3
1
2
Vradiale = c . /
Mouvement périodique
du Soleil dû à Jupiter :
12.5 m/s, période 12 ans
X
Précision nécessaire :
1 m/s pour Jupiter
0,1 m/s pour la Terre !
Mais… dépendance angulaire
 évaluation masse minimum
OK si planète massive
OK si fréquence élevée (proximité)
 Masse exo-planète
 Distance à l’étoile
Ce qui se passe
Ce que nous voyons
1995
51 Pegase b 1ère exo-planète autour d’un Soleil
M.Mayor & D.Queloz
Observatoire de Haute-Provence
51 AL
Révolution en 4 jT
1/20 UA, 1000°C
150 MT = 0,5 MJ
1999
Upsilon Andromedae
Binaire jeune soleil + naine rouge à 750 UA
1er système planétaire… autour d’une étoile double
 Un Jupiter…chaud ???
2007
Gliese 581 1ères exo-planètes en zone « habitable » !!!
HARPS – VLT (ESO) / Michel Mayor
Naine rouge
L / 100
M / 3
[e]
[b]
[c]
[d]
2 M , la plus petite
16 M , « Neptune »
5M , 2R
7M , 2.5R
3. Méthode des transits
Jupiter  1%
Terre  0,01 %
1ère exoplanète : atmosphère
H2 détectée (s’évapore)
+ détection O et C
+ vents mesurés
 Taille exo-planète
 Distance à l’étoile
Masse > 0.7 MJ
Période  3.5 jT
Orbite à 0,05 UA
Température 1100°C
Taille  1.3 Jupiter
Autour naine jaune 150 AL
Nécessite de voir « par la tranche »
Probabilité occultation supérieure
si grosse  et
planète proche
HD 209458 b  Osiris
1999
1er transit
2009 CoRoT 7b La plus petite , 1ère planète rocheuse [5.6 g/cm3
et super-Terre !
Taille  1.7 R
Masse  5 M (HARPS)
Distance  0.02 UA
Période  20 h
Température 2000°C / -200°C
CoRoT (2007-2014)
1er télescope spatial dédié exo-planètes (40) et à l’astérosismologie
11°
42 CCD
95.106 pixels
 Détecter des « terres » en zone habitable (3 transits
+ confirmation sol) et étudier tailles/formes orbites
 Déterminer orbites, luminosités, taille, masse des
planètes géantes à courte période
 Estimer
la proportionLancement
d’exo-planètesKEPLER
en orbite /
autour
2009
NASA
d’étoiles multiples
Enpropriétés
orbite terrestre
autour systèmes
du Soleil
 Identifier les
des étoiles abritant
Observation de 150.000 « soleils » / 3 ans
planétaires
2740 candidates
33 confirmées
5/12/2011
Kepler 22b 1ère exo-planète découverte
dans la zone habitable d’une naine jaune
Taille  2.4 R
Masse  40 à 120 M
Distance  0.85 UA
Période  290 jT
Temp. moyenne -11°C
à 620 AL
Kepler 69c
Orbite en
242 jours à
114.106 km
de son étoile
Vitesse radiale
Nombre d’exoplanètes
découvertes / confirmées par année
Transit
Imagerie directe
Annonce Kepler 27.02.14
Avril 2014 : 1ère planète de taille terrestre située dans la zone habitable
de son étoile, une naine rouge de 0,5 M, dans la Constellation du Cygne, à
490 AL de nous… Sa période de révolution est de 130 jours terrestres.
Au 28 mars 2015 :
1906 exoplanètes,
dans 1202 systèmes planétaires
(dont 480 multiples)
+ quelques milliers de candidates
en cours d’analyse
Existence « commune » de planètes autour des étoiles (> 1 par  en moyenne)
Systèmes planétaires très diversifiés (nomenclature…)
Et après ?
Système solaire plutôt atypique :
 géantes souvent plus proches 
 50% des systèmes  « super-Terres » courte période
Les planètes migrent (interactions avec le disque) et le système évolue souvent
vers des configurations instables  modifications brutales, collisions / éjections
20% des « soleils » ont (au moins) une planète
ressemblant à la Terre dans leur zone habitable
~ 200 milliards d’étoiles dans notre Galaxie,
dont 25% (50 milliards) de « soleils »
 10 milliards de « terres potentiellement habitables »
Et si nous sortions de notre Galaxie ?
A SUIVRE…