Exoplanètes. Partenariat UO-UTA. Cycle 32 : L'univers et ses secrets. Planétarium Mercredi 26 mars 2008

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1 Partenariat UO-UTA Cycle 32 : L'univers et ses secrets Planétarium Mercredi 26 mars 2008 Exoplanètes François Sibille, Directeur de Recherche CNRS CRAL-Observatoire de Lyon

2 Bernard Le Bovier de Fontenelle «Entretiens sur la Pluralité des Mondes» (1686) Où sont ces «Autres Mondes»?

3 Système solaire : le mieux connu

4 Des corps de taille et de nature très différentes 4 planètes telluriques sol rocheux 4 planètes joviennes gazeuses : pas de sol/mer

5 1 heure lumière Des échelles de distances très différentes 10 heures lumière 4 jours lumière 1 mois lumière Proxima Centauri L étoile La plus proche du Soleil 1 année lumière 10 années lumière

6 Tout le proche voisinage : 40 Années lumière

7 400 Années lumière

8 4000 Années lumière : les bras de la Galaxie

9 Théorie de la formation stellaire : Les étoiles naissent dans les grands nuages moléculaires concentrés dans les bras des galaxies

10 Ces planètes, on voudrait bien les voir Mais ce n est pas facile!

11 La "grosseur" d un objet = angle α = son diamètre apparent Objet proche α a α ~ a b b L objet s éloigne α a b α ~ a b Diminue quand la distance b augmente

12 Objets placés au sommet du mont Blanc, vu de Fourvière (b ~ 200 km) A l œil nu : α ~ 1/60 = 1 minute d arc => a = 60 mètres Avec un télescope : α ~ 1/3600 = 1 seconde d arc => a = 1 mètre sans effort Avec un peu d effort : α ~ 0,1 seconde d arc => a = 10 cm Avec beaucoup d effort : α ~ 0,O1 seconde d arc => a = 1 cm

13 La Terre vue à la distance de Proxima Centauri α a = km b = 4 AL = km α = / = radian = 0,00006 seconde d arc => Un cheveu d un alpiniste au sommet du Mont Blanc (60 µm) Même pour un «Gros Jupiter», 13 fois plus gros, On ne sait pas faire!!!!

14 Alors on a essayé autre chose, à l Observatoire de Haute Provence 1ère méthode de détection : Effet Doppler sur la vitesse radiale (de l étoile!)

15 Méthode par l effet Doppler Une étoile et une planète tournent autour de leur centre de gravité La ligne de visée relie l'observateur à l'étoile Un observateur est placé près du plan de l'orbite

16 Méthode par l effet Doppler Vitesse "radiale On sait mesurer la vitesse "radiale" de l'étoile le long de la ligne de visée Vitesse tangentielle

17 1995 : Découverte de la première planète exosolaire 51 Peg Mayor et Quelloz (Obs. de Genève)

18 La situation aujourd hui 1ere surprise : Beaucoup de planètes très proches de l étoile quelques systèmes multiples 276 Planètes distance Terre-Soleil distance Jupiter-Soleil Rayon de l'orbite (unité astronomique)

19 Première surprise : les "Jupiter-Chauds"... vues "artistiques"

20 Le champion : 55 Cnc (lire «55 cancer» ou «55 Cancri») 2 étoiles + 5 planètes + possibilité de nombreuses petites planètes, genre Terre b, c et e b f

21 La masse c est intéressant, mais Ne pourrait on pas mesurer aussi le diamètre? On aurait la densité Il faut trouver une autre méthode

22 Autre Méthode : Le transit (Le passage!) Occultation quand la planète passe devant l étoile

23 Et on en déduit le DIAMETRE!

24 Avec COROT : voir pulser les étoiles (Exagérée fois) Mais aussi : voir des planètes du type "Terre" par la méthode du Transit Lancement 22 décembre 2006 de Baïkonour par une Soyuz

25 Mais on aimerait aussi «voir» directement ces petites planètes telluriques Problème 1 : Il faudrait des télescopes géants POUR AVOIR DE LA RESOLUTION C est une affaire de λ/d tel Pour «voir» la Terre à 4 Année lumière => D tel = 20 km Problème 2 : Il faudrait pouvoir cacher l étoile CAR ELLE NOUS EBLOUIT Elle est 10 9 (visible) fois plus brillante que la planète!

26 DARWIN : un interféromètre dans l espace pour «voir» les exoplanètes de type «Terre»

27 En attendant, une technique originale : La (micro) lentille gravitationnelle Ou : Quand une étoile passe devant une autre Nous course de l'étoile Un télescope naturel Nous

28 Nous Etoile "lentille" simple Etoile lointaine Flux passage Temps Etoile "lentille" avec planète Etoile lointaine Nous On en a trouvé 2 en 10 ans! Mais à très grande distance de nous Flux passage Temps

29 Les "vraies" mesures OGLE-2005-BLG-390Lb Vue artistique

30 Le concept de "planète habitable"

31 La Vie que nous connaissons = chimie organique (ou du carbone) Principaux atomes constituants des molécules "organiques" H : Hydrogène C : Carbone O : Oxygène N : Azote P : Phosphore Chimie du Carbone Acides aminés Protéines codées par l'adn...

32 Consensus : Eau (H 2 O) liquide = Un ingrédient essentiel pour la vie Photo Apollo17

33 3 états de l'eau Solide Liquide Vapeur Solide (glace) Liquide (eau) Vapeur (Gaz)

34 Masse (Luminosité) Une étoile Trop près trop chaud La "Zone habitable" = présence d eau liquide Trop loin trop froid 100 C 0 C zone habitable pour cette étoile Distance de la planète à l'étoile

35 Masse (Luminosité) Etoiles chaudes grandes masses Trop près trop chaud La "Zone habitable" Trop loin trop froid Mercure Terre Soleil Etoiles froides petites masses Zone habitable pour le Soleil Mars Jupiter Distance de la planète à l'étoile

36 La "Zone habitable" Etoiles chaudes grandes masses Soleil Masse Mercure Ligne de calage par effet de marée Terre Zone habitable Mars Jupiter Etoiles froides petites masses Zone de jour permanent sur un hémisphère Distance de la planète à l'étoile

37 Autre consensus : Pour se développer, la vie a besoin de temps donc de stabilité

38 Ordre et chaos : les lois de la mécanique 1 corps : mouvement rectiligne uniforme 2 corps : Mouvement bien régulier 3 lois de Kepler orbites elliptiques (ou circulaires) 3 corps et plus : Comportement chaotique!

39 Le système solaire : 9 corps (principaux!) : Soleil + 8 planètes Théoriquement chaotique Pourtant presque parfaitement régulier! Orbites presque circulaires et presque dans le même plan

40 Danger des orbites fortement elliptiques... Risque de carambolages!!!!!!!

41 Comment saura-t-on si une planète est habitée?

42 Apport de l Astrobiologie

43 Une chimie complexe dans le milieu interstellaire Dans les nuages moléculaires Sur les grains, se forment des molécules organiques Rayonnement UV des étoiles H 2 O NH 3 CH 3 OH Noyau de silicate H 2 O CH 4 CO H 2 CO CO 2

44 On a identifié près d une centaine de molécules organiques dans les nuages PAH C 7 HN C 2 H 5 OH Ethanol Naphtoquinone C 10 H 6 O 2 Chlorophyle!

45 On a aussi reproduit des synthèses en laboratoire En reproduisant les conditions du milieu du nuage

46 Résultat : synthèse d acides aminés Expérience américaine : glycine, serine alanine Expérience européenne : 16 acides aminés

47 Astrobiologie Les grands nuages interstellaires contiennent des molécules organiques Effondrement du nuage... Radioastronomie Théorie de la formation stellaire Formation Etoile + Planètes + comètes... Refroidissement des planètes... Pluie de comètes... Apport de l'eau + molécules organiques (acides aminés)? Oui, mais : Maillon manquant, par quel mécanisme? Apparition de formes de vie

48 Alors : L'Homme est il le résultat d'un hasard extraordinaire? Sommes nous seuls?

49 Des idées nouvelles à partir de l'étude de l'évolution 1 - Constat : Des espèces qui se sont séparées très tôt dans l'arbre de l'évolution développent des solutions analogues : l'œil etc. 2 - Question : Les lois de l'évolution ont elles leurs racines dans celles de la Physique? 3 - Consensus fort : Les lois de la Physique sont universelles 4 - Hypothèse hardie : Les lois de l'évolution pourraient bien, aussi, être universelles Il manque toujours le maillon : Passage "briques élémentaires" => "organismes vivants"