Exoplanètes: détection & caractérisation

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1 Exoplanètes: détection & caractérisation (vitesses radiales & photométrie) Tristan Guillot Observatoire de la Côte d Azur

2 1. Une révolution: la découverte de planètes en dehors de notre système solaire

3 Petit historique : première détection d une naine brune par la méthode des vitesses radiales (Latham et al. 1989) 1992: découverte d un système de planètes autour d un pulsar (Wolszcan & Frail Arecibo) 1995: première naine brune détectée directement, Gl229B (Kulkarni et al., Oppenheimer et al Palomar + HST) 1995: première planète autour d une étoile de type solaire, 51 Peg b (Mayor & Queloz OHP/Elodie) 2000: première exoplanète en transit, HD209458b (Charbonneau et al., Henry et al divers télescopes sol) 2002: détection du sodium de HD209458b (Charbonneau et al HST)

4 Petit historique : découverte de l évaporation de HD209458b (Vidal-Madjar et al HST) 2004: détection par imagerie directe d un candidat planète autour d une naine brune (Chauvin et al VLT) 2005: détection des transits secondaires de 2 exoplanètes dans l infrarouge (Deming et al., Charbonneau et al Spitzer) 2006: détection d une planète de 5.5 masses terrestres par microlentilles gravitationnelles (Beaulieu et al network télescopes sol) 2006: détection de la variation de phase IR d une planète extrasolaire (Harrington et al Spitzer) Et quelques ratés...

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6 Les exoplanètes connues en 2006

7 Les exoplanètes connues en 2006

8 Combien d exoplanètes dans le ciel? Fréquence des planètes: Environ 5-10% de planètes géantes autour d étoiles de type solaire (vélocimétrie radiale) Des milliards de planètes dans notre Galaxie! Des centaines de planètes en transit accessibles!

9 De la diversité attendue des exoplanètes

10 les propriétés globales des exoplanètes

11 Fréquence des planètes & métallicités Stars with planets Stars without planets Les planètes géantes sont trouvées de préférence autour d étoiles riches en métaux Ce ne semble pas être le cas pour les Neptunes & super-terres! Diapo: F. Bouchy

12 La migration des planètes

13 Des systèmes planétaires multiples Environ 25% des exoplanètes sont dans des systèmes multiples Des hautes excentricités Des systèmes en résonance Diapo: F. Bouchy

14 Le trident de Neptune P = 8.7 / 31.6 / 197 jours a = 0.08 / 0.19 / 0.63 UA m.sini = 10.2 / 11.8 / 18.1 MTerre Diapo: F. Bouchy

15 Masses planétaires & stellaires Masse planétaire (Mjup) Masse stellaire (Msol) 3 planètes autour de naines M sur 5 ne sont pas des géantes Diapo: F. Bouchy

16 la caractérisation des exoplanètes

17 HD209458b 210 M OGLE-TR-113b 429 M XO-1b 285 M OGLE-TR-56b 394 M OGLE-TR-132b 350 M HD189733b 365 M Saturne 95 M OGLE-TR-111b 168 M HD149026b 114 M Jupiter 318 M OGLE-TR-10b 200 M TrES-1b 238 M

18 Spectroscopie des transits Mesure de l absorption du sodium dans HD209458b (Charbonneau et al. 2002) Mesure de l absorption de H2 (Ly alpha) (Vidal-Madjar et al. 2002) => évaporation Absorption de C & 0 (Vidal-Madjar et al. 2004) => évaporation hydrodynamique

19 Transits secondaires... contraint la température de brillance du coté jour Indiquerait une redistribution efficace de la chaleur Cf. Deming et al., Charbonneau et al. 2005

20 Variations de phase? Mesurée dans l IR pour Ups And b Indiquerait une forte différence de température jour/nuit A tester par des mesures complémentaires

21 La formation & l él évolution des systèmes planétaires: le lien observation-théorie

22 Relations masse-rayon

23 HD209458b 210 M 9 X planètes en transit(05/2006) X OGLE-TR-10b 200 M 2 planètes trop grosses! Bodenheimer et al. 2001, 2003; Guillot & Showman 2002; Burrows et al. 2003; Baraffe et al. 2003, 2004, 2005; Guillot 2005; Laughlin et al HD189733b 365 M OGLE-TR- 113b 429 M OGLE-TR- 132b 350 M 6 planètes normales OGLE-TR-56b 394 M OGLE-TR- 111b 168 M TrES-1b 238 M Baraffe et al. 2005; Guillot 2005; Laughlin et al HD149026b 114 M 1 petite planète avec un noyau massif 70M Sato et al. 2005; Fortney et al. 2006; Ikoma et al. 2006

24 La composition des pégasides (?) modèle d évolution non-standard: 0.5% de l énergie stellaire est dissipée au centre de la planète (cf. Guillot & Showman 2002) La masse d éléments lourds MZ est calculée de façon à reproduire le rayon observé Toutes les planètes ont un noyau d au moins 100 masses terrestres Guillot, Santos, Pont, Iro, Melo & Ribas A&A (2006)

25 De l importance du lien planète-étoile Les planètes sont l un des éléments de systèmes multiples. L obtention des propriétés stellaires est fondamentale. Dans de nombreux cas, l incertitude sur les paramètres planétaires est due à celle sur l étoile parente. La recherche de corrélations est très importante Effets de marées Interactions magnétiques Evaporation... Cf. Catala et al. (2006)

26 Conséquences pour la formation planétaire Des modèles d évolution de disques & de formation planétaire (Ida & Lin 2004; Alibert & al. 2005). Expliquent la dépendance en [Fe/H] observée Excentricités: interactions multiples, divers processus Masses d éléments lourds dans les planètes? Pouvoir prédictif encore limité Alibert et al. (2005)

27 quelques perspectives

28 CoRoT Photométrie de étoiles, mv=11 à 16, pendant 5 x 150 jours Détection de dizaines de géantes et d un nombre inconnu de Neptunes voire super- Terres Complémentarité idéale avec les instruments sols de vélocimétrie radiale (Sophie, HARPS) Va nécessiter un travail de suivi & de caractérisation des étoiles cibles important! Lancement prévu fin décembre 2006

29 Les projets futurs SKA

30 Les grandes questions