Les exoplanètes Association des Astronomes Amateurs d Auvergne Décembre 2012

Transcription

1 Les exoplanètes

2 Une exoplanète, ou planète extrasolaire: planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil dont la masse est à 13 masses de Jupiter Première exoplanète découverte autour d une étoile : 1995 Appellation : 51 Peg b. a Cent Bb

3 Les exoplanètes : une question ancienne qui date du moment où on a su que le Soleil était une étoile comme les autres. Si les lois de la physique sont universelles, la loi de la vie est universelle. On peut légitimement se poser les questions : Existe-t-il des planètes autour d autres étoiles? Des planètes comme la Terre? Abritant une forme de vie? Une forme de vie intelligente? Une forme de vie intelligente et communicante? Qui cherche à communiquer avec nous? Les réponses

4 Trois types: Esotérisme Science Fiction Science

5 Les premiers Sherlock Holmes Douglas Lin Un Cal SantaCruz 1980 Migration des planètes Oublié Ressuscité avec l article de Mayor et Queloz

6 Les premiers Sherlock Holmes Aleksander Wolszczan Dale Frail Premières exoplanètes (4) septembre 1990 Arecibo 9 janvier 1992 (Nature). Mais confirmé seulement en 1997 Ces planètes entourent le pulsar PSR B

7 Les premiers Sherlock Holmes 6 octobre 1995 Michel Mayor et Didier Queloz observatoire de Genève 1995 à l observatoire de Haute-Provence Exoplanète confirmée Méthode indirecte autour de 51 Pegasi à environ 40 années-lumière de la Terre Peg 51be.

8 Quelques étapes 1992: planète autour d un pulsar 1995: planète autour d une étoile : 51 Peg 1999 : premier système complet : U And A bcd 2001 : planète avec atmosphère. HD b. Première analyse en : première photo VLT de 2M1207b 2007: une cousine, Gliese 581 c (une Vénus) 2011 : planète «chthonienne»; atmosphère soufflée 2012: première «Terre» autour d un «Soleil». a Cent Bb

9 Le problème : comment les détecter?

10 Rechercher Jupiter autour : - de l étoile la plus proche (Proxima du Centaure 4 al) 4 d arc = une main à trois kilomètres - d une étoile à 100 al 0.15 = une main à 200 kms Rechercher la Terre: - à 4 al 0.8 = une main à 15 kms - à 100 al 0.03 = une main à 1000 kms Avec le VLT : 0.12 Jupiter à 100 al

11 Vu du sol Appareillage HARPS à l ESO à l observatoire de La Silla au Chili 150 planètes d une taille «terrestre» ALMA : planète? Autour d une naine rouge

12 Des satellites: COROT KEPLER HUBBLE

13 Résultats de Kepler 1200 planètes identifiées

14 Les 1235 exoplanètes de Kepler

15 Et après? ELT Magellan James Webb Darwin Kepler prolongé jusqu en 2016 APF (automated planet finder) 2014? Spirou CFH Plato Mearth Tess (Nasa) 2016 Echo (ESA) 2022 Hypertélescope Labeyrie

16 Méthode photographique 31/842 3 étoiles : Alpha 0.01 Béta Proxima Alpha Cent Bb 12/10/12 1 mt

17 Méthode photographique 31/842 HR avril 2010 Palomar 1 ère 2M1207 b 2005 VLT

18 Orbite de Neptune 2008 :une planète à 18 ua 2012 : amas de poussière?

19 Méthode du décalage

20 Méthode du décalage 491/842

21 Méthode photométrique dite «des transits» 287/842

22 Etre dans le plan de vision Période rapide Planètes proche de leur étoile Chaudes

23 Détecter l atmosphère d une exoplanète le transit secondaire (ELT et JWST) Pic CO2 Pic H2O Observateur

24 Lentilles gravitationnelles 16/842

25 Présence Photo Transit primaire Décalage Lentille gravitationnelle Taille Transit Masse Perturbation Atmosphère Transit secondaire et spectroscopie

26 Où les détecter?

27 Là où on a le plus de chance de les voir

28 Les étoiles hôtes Durée de vie des étoiles 10 >10 mʘ = 10 mns Jupiter 3 mns* 10 mʘ = 50 mns d années Terre 55 mns 1 mʘ =10 mds d années 3 1 * Modèle de Nice planètes

29 Etoile de type solaire : ça doit marcher puisque la Terre existe 51 Peg : 1.06 mʘ; 1 planète 0.5 mj (peut-être 3) Alpha Cent B : 0.9 mʘ; 1 planète b : 1.13 mt ou naine rouge < 0.4 à 0.07 ms pas agressif, laisse du temps Gliese 436 : 0.41 mʘ; b : 22 m t ALMA 28 oct 2012 ou naine brune de 0.07 ms à 13 mj pas agressif, laisse du temps 2M1207: 0.01 ms, 300 mj b : 6 à 10 mj 45ua 1300 Image ESO 2004

30 Que rechercher?

31 Différents types d exoplanètes : 1 les planètes telluriques Théoriques Planète métallique Fer. Formées près de l'étoile. Sidérites Planète sans noyau Planète silicatée sans noyau métallique: Chondrites Réelles Planètes telluriques

32 Planète silicatée Toutes sauf les planètes océan et les planètes de carbone

33 Super Terre Limites variable de un/cinq à dix masses terrestres Corot 7b P : 20 h D : kms

34 Planète océan Gliese 1214 b D : kms P : 1.6 j T = 200 Atmosphère = 200 kms Océan : kms de profondeur Glace

35 Planète de carbone Planète de diamant 55 Cancri e P : 18 h T = 2200 Graphite et diamant car densité très forte

36 Différents types d exoplanètes : 2 les planètes gazeuses Les premières observées

37 Jupiter chauds Jupiter chaud ou pégasides Géante gazeuse orbite < 0,5 ua* 51 b Peg.. Jupiter froid Idem orbite 5 ua Jupiter, Saturne,...

38 Neptune et Mini-Neptune chaud Mini-Neptune «naine gazeuse» ou «gazeuse naine». Masse inférieure à Neptune. Neptune chaud Masse similaire à celles d'uranus et Neptune. Orbite < 1 ua. Neptune froid : idem mais orbite 30 ua Uranus, Neptune,...

39 Planète chtonienne Planète chthonienne Géante gazeuse, atmosphère évaporée du fait de sa proximité avec son étoile. CoRoT-7 b, Kepler-10 b???

40 Des systèmes très complexes 1.6 planète / étoile

41 Qu à-t-on trouvé?

42 Dans un premier temps, de très grosses planètes très près de leur étoile. Les «Jupiter» chauds : des planètes géantes gazeuses très proches de leur étoile

43 Aujourd hui des planètes de la taille de la Terre également très proches de leur étoile. 430 Dec à 0.47 ua 50 à 75 mns

44 «Earth like» mais différentes Gliese 667Cc mt = 4 r? P : 28 j - Dans la ZH Reçoit la même énergie que la Terre Composition? Kepler 22b Mt =? r 2.4 P: 290 j - Dans la ZH Atmosphère? Océan (mini mini Neptune) Kepler 10b : mt = 4.6 r 1.4 rt P : 19h 0.02 ua - Hors ZH T: 2500 C

45 Au 14 novembre 2012 on recense: 850 exoplanètes. 666 systèmes planétaires dont 126 multiples. 180 à confirmer 2321 sont à étudier On estime que la Voie lactée comporterait 200 milliards d'exoplanètes 80 mds habitables 130 milliards de galaxies

46 Les planètes habitables (1 à 10 mt) : attention les 0 Source IA Grenoble mars Nuage local 30 al : Bras d Orion 5000 al. 250 mns 3 - Voie lactée al. 80 mds 4 - Super amas de la Vierge 100 mns d al mds 5- Univers 14 mds al mds de mds 3 4 5

47 Un Apport de la recherche des exoplanètes : un nouveau modèle de formation de notre système solaire: le modèle de Nice.

48 Modèle standard Il y a mds d années notre système solaire s est formé ainsi Résultat

49 un système solaire composé de : Planètes Planètes rocheuses Planètes gazeuses Comètes Mercure Vénus Astéroïdes Mars Planètes naines Grande diversité Terre de corps

50 Constatation : ce que l on découvre ne ressemble pas à notre système solaire.

51 51 Peg b 0.5 mj P : 4.2 j (Jupiter 4335) D : 0.05 ua (Jupiter 5.2 ua)

52 Kepler-22b, la première nouvelle Terre? 600 années-lumière D : 0.85 ua Température de surface 22 C 1an = 290 jours 8.7 mt Etoile de type G

53 4.3 al 0.91 ms Alpha Cent Bb (oct 2012) 1.13 mt T : 1200 c D: 0.04 ua P : 3.2j

54 Constatation : ce que l on découvre ne ressemble pas à notre système solaire. 1 - Pourquoi Jupiter est-il éloigné du Soleil? 2 Pourquoi notre système est-il différent des systèmes observés? La «terre» est toujours trop près du Soleil (3 Pourquoi le Grand Bombardement Tardif)

55 1 er temps : mds d années : formation du Système solaire er temps mds. : Formation milliards de Jupiter d années (Terre 4.510) 0Le Soleil a Future Terre 3 millions d années Ligne de glace Planétésimaux 150 millions de kms Gaz

56 2 ème temps : 1 ère migration des planètes géantes Jupiter en 1er Arrêt lorsque J et S résonance 3/2 5 a 10 UA 700 millions de kms

57 3 ème temps : après 500 mns (3.970 mds) J et S en résonance 2/1 Le système est déstabilisé 2 ème migration des planètes géantes Ligne de glace Future Terre 5 à 30 UA

58 Ceinture de Kuiper 95% 4 ème temps : entre 4,1 et 3.9 milliards d années. Déstabilisation de la ceinture de Kuiper et des astéroïdes Grand Bombardement Tardif Durée : 150 / 200 mns d années Future Terre Ligne de glace 80 % des astéroïdes

59 Dans le modèle de Nice cela prend 880 mns d années. Dans les faits, 600 mns. Orbite de Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune Noter que l orbite de Neptune passe de 3 ème en 4 ème position

60 La déstabilisation de la ceinture de Kuiper entraine le GBT entre -4 et -3.8 mds 3.95 à 3.82

61 le résultat est le même que dans le modèle standard mais on revient de loin! Et que de hasard? Si Saturne n est pas moins massif que Jupiter on est pas là pour en parler Planètes rocheuses Planètes rocheuses Planètes gazeuses Mercure Vénus Terre Mars

62 Les réponses à la question : le gros problème est que ce que l on découvre ne ressemble pas à notre système solaire. 1 - Pourquoi Jupiter est-il éloigné du Soleil? Il s en est rapproché mais il est reparti. 2 Pourquoi notre système est-il différent des systèmes observés? Pour la même raison, mais on va peut-être en trouver (3 Pourquoi le Grand Bombardement Tardif) A cause du retour des planètes gazeuses et surtout d Uranus et Neptune

63 Pour que la vie se développe il faut une planète. Mais pas n importe où. Et pour savoir où, «Patience avoir, tu dois «

64 François vous en parlera en mai. Bonsoir