Planètes extrasolaires
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Planètes extrasolaires Exoplanètes Les nouveaux mondes EXOQUOI? • Août 2006: nouvelle définition d’une planète => plus que 8 planètes dans le système solaire • Une exoplanète: tout objet en orbite autour d’une étoile autre que le Soleil et pas assez massif pour que des réactions thermucléaires s’allument en son centre • Exoplanète = planète extrasolaire Et ça existe? • Nombreuses tentatives de détection depuis la fin du 19ème • Et beaucoup de fausses alertes • Première découverte solide: octobre 1995 • C’est « 51 Peg b » Et ça existe? • 51 Peg b: un « Jupiter chaud » – La moitié de la masse de Jupiter – Mais tourne autour de son étoile, 51 Peg, en 4 jours – Donc 100 fois plus près de son étoile que Jupiter ne l’est du Soleil • 208 exoplanètes connues au 26 septembre 2006 • 21 « systèmes planétaires » c’est-à-dire plusieurs planètes en orbite autour de la même étoile Une moisson de planètes… Au 4ème siècle avant JC… • Epicure : « Les mondes de même sont en nombre infini, aussi bien ceux qui ressemblent au nôtre que ceux qui en diffèrent » • Aristote : « Et qu’il n’y ait qu’un ciel, c’est une chose manifeste» Des opinions hérétiques… Il y a d’innombrables soleils et d’innombrables terres, toutes tournant autour de leur soleil comme le font les sept planètes de notre système. Nous n’en voyons que les soleils parce qu’ils sont les plus grands et les plus lumineux, mais leurs planètes nous restent invisibles parce qu’elles sont petites et peu lumineuses. Les innombrables mondes de l’univers ne sont pas pires et moins habités que notre Terre. Giordano Bruno De L’Infinito Universo e Mundi 1584) Mais le point de vue dominant jusqu’à la fin du 19ème siècle… Fontenelle… entretiens sur La pluralité des Mondes (1686) Flammarion… Wells (Guerre des Mondes): 1898 => Vie dans le système solaire Pourquoi si tard? On ne peut pas simplement pointer son télescope à côté d’une étoile et voir… Voir les exoplanètes? Problème n°1 ~ 0.1 arcsec Soleil Contraste 5 milliards Contraste 7 millions Terre Visible Infrarouge Problème n°2 En résumé… Comment détecter les exoplanètes ? Ce n’est (presque jamais) la lumière de la planète que l’on détecte Méthodes indirectes On recherche les petites perturbations que provoque la présence d’une planètes dans le mouvement de l’étoile – Vélocimétrie – Astrométrie Ou bien la baisse infime de luminosité que provoque le passage de la planète devant l’étoile = Transit Et bien d’autres méthodes Vélocimétrie • Effet Doppler • Masse de la planète à un facteur d’inclinaison de l’orbite près • Période de révolution • Excentricité de l’orbite Distance à l’étoile (demi grand-axe de l’ellipse) Vélocimétrie: une méthode très puissante Une planète en orbite circulaire Celle-là ne tourne pas rond Deux planètes Vélocimétrie: une méthode très puissante Mais biaisée: Il est beaucoup plus facile de détecter des planètes massives, en orbite proche de leur étoile Pour détecter des planètes avec des périodes de révolution longues, il faut observer longtemps La méthode n’est pas assez sensible pour détecter des ExoTerres Observation des transits Concerne uniquement les systèmes observés par la tranche, pour lesquels les planètes peuvent occulter partiellement leur étoile centrale Observation des transits le rayon de la planète Sa densité si elle est aussi observée en vélocimétrie Depuis le sol Depuis l’espace Brown et al., 2001 Transits:les difficultés Méthode peu efficace: pour une étoile donnée, la probabilité d’observer un transit est très faible (moins du 1%) => il faut observer des millions d’étoiles ! La baisse de flux lumineux est très faible (1% dans le cas de Jupiter) Pour les ExoTerres, il faut observer de l’espace pour arriver à la détecter Quand on observe du sol, on est interrompu par l’alternance jour/nuit, le mauvais temps… Le système solaire: un modèle Deux types de planètes Telluriques Géantes Le système solaire: un modèle Deux types de planètes Telluriques Près du Soleil Petites Denses Atmosphère peu épaisse Pas/peu de satellites Géantes Plus loin du Soleil Géantes Atmosphère épaisse d’hydrogène et hélium Noyau rocheux? Satellites et anneaux Le système solaire: un modèle Deux types de planètes Telluriques Géantes Orbites quasi circulaires Le système solaire: un modèle Quelques chiffres Telluriques 1 unité astronomique 1 ua = 150 millions de km = Distance moyenne Terre Soleil A 1 ua du Soleil, période de révolution = 1 an Géantes Jupiter: Distance = 5,2 ua Période = 11,8 ans Masse MJ = 318 MT Le système solaire: résumé Le système solaire: scénario de formation Nuage interstellaire: Gaz et poussières Disque protoplanétaire et protoétoile Système planétaire Le système solaire: scénario de formation jets x1000 Effondrement d’un nuage interstellaire Formation des planètes Chute de gaz Proétoile + disque en rotation Système planétaire Un scénario étayé par des observations très indirectes Difficulté des observations (poussières) Système solaire ≠ Systèmes exoplanétaires Terre Exo Terres? ? Système solaire ≠ Systèmes exoplanétaires Géantes Loin du Soleil Géantes Atmosphère épaisse d’hydrogène et hélium Noyau rocheux? Satellites et anneaux Exo Jupiters Toutes distances de l’étoile Géantes et même plus Gazeuses Noyau rocheux? Orbites elliptiques Exo surprises • Des planètes de toutes masses – 5 fois la masse de la Terre à 12 fois celle de Jupiter • Qui frôlent leur étoile – Les Jupiters chauds et brûlants • Et ne tournent pas rond • Des systèmes planétaires Exo Masses Exo Masses Périodes de révolution Périodes de révolution (zoom) Périodes <=> distances Etoile Système de U Andromède Soleil Système solaire Terre Jupiter Des orbites excentriques Mars Mercure Pluton 0 = cercle 1 = ellipse très allongée Exo excentriques Jupiters chauds et Jupiters brûlants • Où se sontils formés? • Plus loin de l’étoile => migration • Mais que s’est-il passé dans le système solaire? Jupiters chauds et Jupiters brûlants • Pourquoi ne tombent-ils pas dans leur étoile? • Evaporation Jupiters chauds et Jupiters brûlants • Pourquoi ne tombent-ils pas dans leur étoile? • Evaporation • Toujours la même face => Un climat bizarre Qu’avons-nous appris? • Plus de 5% des étoiles proches semblables au Soleil ont une ou plusieurs planètes géantes • Beaucoup plus de variété qu’attendu • Le système solaire est atypique, mais pas exceptionnel Les prochaines étapes • 1995-2010: recherche de planètes géantes – Vélocimétrie, transits depuis le sol • 2006-2010: Recherche de superTerres – Transits depuis l’espace: COROT, Kepler Détections indirectes • 2020: recherche de planètes habitables • 2020: recherche de planètes abritant la vie Détections directes Pas à pas… Il nous faut connaître plus de planètes telluriques Tailles, masses, orbites, masses Relation avec l’étoile Relation avec les géantes du meme système Puis étudier des atmosphères de planètes telluriques Et enfin Rechercher des planètes habitables Rechercher des indices de la présence de vie (biosignatures) . . . ? Les prochaines étapes 24 novembre 2006 : lancement de COROT à Baïkonour (CNES) Les prochaines étapes • Mission DARWIN de l’ESA • Concept dès 1993 • Détection et recherche de biosignatures Principe de Darwin Interférométrie Etoile D.sinq T1 q Planète D +p Recombinaison T2 1 arcsec l=10mm, D=10m, q=0.1 arcsec Sects. 5.2 et 14.4 concordance de phases Méthodes directes (les voir): interférométrie infrarouge « annulante » Exoplanète Etoile q opposition de phases Fig. 5.5 Que fera t’on avec Darwin? « Imagerie » Analyse spectrale Vapeur d’eau, Ozone Dioxyde de carbone La détection de biosignatures Qsuelles peuvent être les caractéristiques d’une vie extraterrestre? à base de carbone modifie profondèment l’atmosphère La détection de biosignatures Quelles peuvent être les caractéristiques d’une vie extraterrestre? à base de carbone modifie profondèment l’atmosphère Dioxyde de carbone, eau, ozone vie X vie mais Dioxyde de carbone, eau, ozone Premières images d’exoplanètes Chauvin et al. 2004) Premières images d’exoplanètes Sommes-nous seuls? Pour conclure, il nous faut des télescopes beaucoup plus performants pour trouver des preuves de l’existence de la vie extraterrestre Sommes-nous seuls? Quelles sont nos chances… …de recevoir des signaux intelligents? Nombre de civilisations « communiquantes » dans notre Galaxie (la Voie Lactée) Formule de Drake Formule de Drake (1961) Pour qu’une civilisation ait envie de communiquer avec nous … il faut Une étoile Que cette étoile ait au moins une planète Que cette planète soit habitable Que la vie y soit apparue Qu’une vie intelligente y soit apparue Que cette vie intelligente ait envie de communiquer Que cette civilisation dure un certain temps… Formule de Drake Zone habitable d’une étoile Sommes-nous seuls? Version optimiste Sommes-nous seuls? Version pessimiste La vie dans le système solaire Calotte polaire Nord de Mars De la glace d’eau Europe, satellite de Jupiter: un océan sous la banquise? Sommes-nous seuls? Pour conclure, il nous faut encore comprendre pas mal de choses avant de trouver des preuves de l’existence de la vie extraterrestre
