Nouvelles du cosmos Exoplanètes. PHY-V006 La physique dans tous ses états Serge Pineault - Département de physique, de génie physique et d'optique

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1 Nouvelles du cosmos Exoplanètes 1

2 Plan de la présentation Notre Système Solaire Disques de poussière et étoiles Émission infrarouge Un exemple: Beta Pictoris Méthode de détection d'exoplanètes Notion de zone habitable Le merveilleux cas de TRAPPIST-1 La vie dans l'univers 2

3 Notre Système Solaire Le Soleil: notre étoile «Petite» étoile de la branche principale Âge : 4.6 milliards d'années Espérance de vie: à peu près autant 3

4 Figure 9.14 Figure 9.15 Figure

5 Figure 9.17 Dimensions relatives 5

6 Planètes et lunes... Figure 9.18 Figure

7 Origine: condensation à partir du MIS Figure 9.10 Figure 9.9 7

8 Plan de la présentation Notre Système Solaire Disques de poussière et étoiles Émission infrarouge Un exemple: Beta Pictoris Méthode de détection d'exoplanètes Notion de zone habitable Le merveilleux cas de TRAPPIST-1 La vie dans l'univers 8

9 Trois phases dans la formation d'une proto-étoile Figure 6.35 Modèle Observation Figure 6.36 Figure

10 Figure 6.38 Proto-étoile Jet Onde de choc 10

11 Figure 6.39 Quelques exemples Trajectoire dans le diagramme HR 500 UA Figure

12 Le cas de Beta Pictoris Étoile de 1.75 fois la masse du Soleil 8.7 fois la luminosité du Soleil À une distance de 63.4 années-lumière Excès d'émission dans l'infrarouge 12

13 Figure P1 13

14 Figure P2 Figure P3 14

15 Figure P4 15

16 Plan de la présentation Notre Système Solaire Disques de poussière et étoiles Émission infrarouge Un exemple: Beta Pictoris Méthode de détection d'exoplanètes Notion de zone habitable Le merveilleux cas de TRAPPIST-1 La vie dans l'univers 16

17 Les 55 premières planètes extra-solaires Notre système solaire Masses des planètes données en terme de la masse de Jupiter Figure 9.11 Transit planétaire Figure 9.12 Demi grand-axe 17

18 Vélocimétrie par effet Doppler Figure 9.14 Figure 9.13 Un système planétaire n'est pas une denrée rare -- Télescope Kepler: plus de candidats! 18

19 Où en sommes-nous? (juin 2017) Mission Kepler Plus de candidates exoplanètes Plus de nouvelles planètes confirmées NGST (Next Generation Space Telescope) ou JWST (James Webb Space Telescope): lancement prévu en

20 Figure Figure

21 Plan de la présentation Notre Système Solaire Disques de poussière et étoiles Émission infrarouge Un exemple: Beta Pictoris Méthode de détection d'exoplanètes Notion de zone habitable Le merveilleux cas de TRAPPIST-1 La vie dans l'univers 21

22 Notions importantes Ensoleillement Température de surface Effet de serre ====> Zone habitable

23 Eau Quelques facteurs critiques Température (effet de serre) Biosphère (présence d'oxygène, d'ozone) Vie ---> Mouvement des plaques tectoniques (recyclage du carbone) 23

24 Radiation incidente Radiation réfléchie (albedo) Radiation absorbée Lune, côté jour: T = 400 K Vitesse thermique: hydrogène: 2.6 km/s sodium: Équilibre: 0.54 km/s Courbe pour atomes de sodium radiation émise = radiation absorbée Vitesse thermique au maximum Figure 9.37 Emission par la surface La plupart des atomes ont une vitesse trop petite Petite fraction s'échappant Vitesse d'échappée 24

25 Température (surface) et composition (atmosphère) Température de surface distance du Soleil albedo (coefficient de réflection) atmosphère (effet de serre) Figure 9.36 Composition gravité (masse et rayon de planète) température et masse de particule 25

26 Radiation réfléchie (albedo) Lune, côté jour: T = 400 K Vitesse thermique: hydrogène: 2.6 km/s sodium: 0.54 km/s Radiation incidente Courbe pour atomes de sodium Radiation absorbée Emission par la surface Vitesse thermique au maximum La plupart des atomes ont une vitesse trop petite Équilibre: radiation émise = radiation absorbée Figure 9.38 Petite fraction s'échappant Vitesse d'échappée 26

27 Vie ailleurs dans le Système Solaire? Mars: Viking landers ---> Non Jupiter: satellites galiléens: Europe? Saturne: Titan? Ceinture d'eau Zone habitable Terre maintenant Jupiter Saturne dans 5 milliards +... Durée: 1 milliard 100 millions 27

28 Figure 10.5 Jupiter et Io vus à partir d'europe 28

29 Zones habitables Figure Figure 10.9 Quelques systèmes planétaires découverts 29

30 Plan de la présentation Notre Système Solaire Disques de poussière et étoiles Émission infrarouge Un exemple: Beta Pictoris Méthode de détection d'exoplanètes Notion de zone habitable Le merveilleux cas de TRAPPIST-1 La vie dans l'univers 30

31 Le fabuleux système TRAPPIST-1 Une étoile ultra-froide (M8V) entourée d'au moins 7 planètes Distance: 40 années-lumière Luminosité de l'étoile: fois la luminosité solaire Masse de l'étoile: 0.08 fois la masse du Soleil Âge de l'étoile: entre 3 et 8 milliards d'année Projet mené à l'université de Liège en Belgique TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope 31

32 Origine du nom Une trappiste, ou bière trappiste, est une bière brassée par ou sous contrôle des moines trappistes. Ces bières trappistes sont généralement de fermentation haute et doivent être brassées dans le respect des critères définis par l'association Internationale Trappiste si elles veulent pouvoir arborer le logo Authentic trappist product délivré par cette association privée. Figure S10.2 Figure S10.3

33 Pourquoi s'intéresser aux petites étoiles? Les plus nombreuses Le signal de transit est plus contrasté Petite masse et petite luminosité: la zone tempérée est plus proche de l'étoile ===> Planètes plus proches ===> Périodes plus courtes 33

34 TRAPPIST-NORTH (MAROC) TRAPPIST-SOUTH (CHILI) Figure S10.1

35 Sommaire des observations Figure S10.4

36 Transit Figure S10.5 Doppler Figure S

37 Transits individuels Figure S10.7

38 Observations avec le satellite Spitzer Géométrie du système Figure S10.9 Figure S10.8 Observateur à droite

39 Transit triple Figure S10.10

40 Découverte initiale versus système «final» Figure S10.11

41 Paramètres orbitaux et physiques Figure S10.12

42 Tailles relatives Figure S10.13

43 Paramètres physiques et orbitaux Figure S10.14

44 Système solaire versus TRAPPIST-1 Figure S10.16

45 Figure S10.18 Et la vie? Page couverture de Nature, 23 février 2017 Présence d'eau Planètes e, f, g: océans Planètes b, c, d: régions limitées... Figure S10.9 Figure S10.19

46 En vert: zone habitable Figure S10.15 Figure S10.20

47 Coucher de «soleil» sur TRAPPIST-1f Figure S10.21

48 Plan de la présentation Notre Système Solaire Disques de poussière et étoiles Émission infrarouge Un exemple: Beta Pictoris Méthode de détection d'exoplanètes Notion de zone habitable Le merveilleux cas de TRAPPIST-1 La vie dans l'univers 48

49 La vie dans notre Galaxie Contraintes - Eau - Étoile solaire - Planètes de l'ammoniaque! Figure

50 Équation de Drake Facteurs astronomiques Taux de formation d'étoiles (par année) Fraction avec planètes Nombre de planètes comme Terre 50

51 Facteurs biologiques Fraction de planètes avec vie Fraction avec intelligence Facteurs sociaux Fraction avec technologie de communication Durée d'une civilisation (année) 51

52 Pierre tombale de l'humanité: adaptation et traduction de Abel: Exploration of the Universe (1969) 52

53 Figure Figure

54 Figure Figure Figure

55 Nous avons déjà communiqué avec d'autres civilisations potentielles!!! Via l'envoi de matériel promotionnel et de courriel...

56 Figure Décodage d'un message 56

57 Une initiative électromagnétique Message envoyé vers M13 ( année-lumière) Novembre 1974 Figure Arécibo Figure Amas globulaire M13 57

58 Le message tel qu'envoyé 58

59 Cryptographie 101: message suivant Seulement des 0 et des 1 (blanc/noir) Se répète après 667 points 667 pas racine carrée d'un nombre entier (la racine de 667 est 25.83) Le produit de 23 par 29 donne 667! 23 et 29 sont deux nombres premiers Message d'arecibo contenait 1679 bits produit de 23 par 73, deux nombres premiers 59

60 On construit deux tableaux ( mots croisés ) Figure x x 29 Figure

61 Figure

62 Figure

63 Figure Figure

64 3. Spéculations intelligentes... Nous émettons depuis environ 50 ans Nombre d'étoiles atteintes: environ 300 Club Galactique sélect... Figure

65 Figure Signature de la Terre -- bande FM 65

66 Une absence d'évidence n'est pas une évidence d'absence! Figure Quand trois coccinelles se rencontrent... Serions-nous en mesure de comprendre les messages d'une civilisation vraiment avancée? Les bactéries nous comprennent-elles? 66

67 Crois-tu que la vie existe ailleurs dans l'univers? Non! Absolument pas! Figure Paradoxe de Fermi Car, s' ils existaient, ils auraient surement essayé de me contacter... Voilà un problème de réglé... 67

68 Mondialisation extrême... Désolé mon ami, je viens d'acheter la planète. Vous devez avoir quitté d'ici demain. Figure

69 Bonne fin de session! Figure S10.22

70 PHY-V006: La physique dans tous ses états Nouvelles du cosmos Source des illustrations CM : Chaisson, E. & MacMillan, S. Astronomy A Beginner s Guide to the Universe, 3rd ed. (Prentice-Hall 2001) CP : Bennet, J., Donohue, M., Schneider, N. & Voit, M. Cosmic Perspective, 2nd ed. (Addison Wesley 2002) SV : Séguin, M. & Villeneuve, B. Astronomy & Astrophysics (ERPI 2002) ZS : Zeilik, M. & Smith, E.v.P. Introductory Astronomy and Astrophysics (Sauders College1987) Nature 2017 : Gillon, M. et al., Nature, 542, (2017) Figures tirées du chapitre 6 du cours PHY-1902 : Fig. 6.35: CP p.496 Fig. 6.36: CP p.497 Fig. 6.37: Arizona State Univ. & NASA STScI; CP p.497 Fig. 6.38: SV p.271 Fig. 6.39: SV p.270 Fig. 6.40: SV p.272 Figures de la section sur Beta Pictoris : Fig. BP1: Smith, B.A. & Terrile, P.J. 1984, Science, 226, ; et Time & Life Pictures/Getty Image Fig. BP2: Schutz, A. & Heap, S. 1998, Computer Sciences Corporation et NASA HST Fig. BP3: ESO/NASA HST Fig. BP4: Angereau et al. 2001, AA, 370, Figures tirées du chapitre 9 du cours PHY-1902 : Fig. 9.1: CP p.453 Fig. 9.2: CP p.460 Fig. 9.3: CP p.461 Fig. 9.4: SV diapo SO01.JPG Fig. 9.5: SV diapo SO02.JPG Fig. 9.6: SV p.237 Fig. 9.7: CP p.462 Fig. 9.8: SV diapo SO04.JPG Fig. 9.9: CP p.208 Fig. 9.10: CP p.209 Fig. 9.11: Fig. 9.12: CP p.220 Fig. 9.13: CP p.220 Fig. 9.14: CP p.199 Fig. 9.15: Fig. 9.16: CP p.199 Fig. 9.17: CM p.101 Fig. 9.18: SV p.509 Fig. 9.19: SV p.467 Fig. 9.20: CP p.248 Fig. 9.31: CP p.251 Fig. 9.32: NASA Fig. 9.33: NASA Fig. 9.34: SV p.490 Fig. 9.35: EPA/NASA Fig. 9.36: NASA Fig. 9.37: NASA Fig. 9.38: NASA Fig. 9.39: NASA Fig. 9.40: NASA/JPL Figures tirées du chapitre 10 du cours PHY-1902 : Fig. 10.1: APOD/NASA Fig. 10.2: CM p.456 Fig. 10.3: NASA Fig. 10.4: CP p.268 Fig. 10.5: CP p.309 Fig. 10.6: Haut : Shu, F.H., The Physical Universe, Univ. Science Books (1982), p. 550); bas : Charles M. Schulz, Peanuts cartoon Fig. 10.7: CP p.206 Fig. 10.8: CP p.220 Fig : CM p.462 Fig : Observatoire de Paris Fig : CM p.461 Fig : Star Trek Wiki, CC-BY-SA. Repéré à http ://starship.wikia.com/wiki/ (page consultée le 14 juin 2017) Fig : Observatoire de Paris/UFE Fig : Fig : Fig : NRAO/Ass. Univ. Inc. Fig : CM p.466 Fig : NASA/JPL Fig : NASA/JPL Fig : NASA (quest.arc.nasa.gov) Fig : APOD/NASA Fig : CM p.464 Fig : CP p.188 Fig : NASA/HST Fig : Repéré à https ://writescience.wordpress.com/tag/arecibo/ (page consultée le 14 juin 2017) Fig : APOD Fig : CM p.465 Fig : Shu, F.H., The Physical Universe, Univ. Science Books (1982), p. 550) Fig : Charles M. Schulz, Peanuts cartoon Fig : Cartoon non identifié Fig : Mission Kepler, NASA Fig : Mission Kepler, NASA Figures tirées du supplément S10.1 du cours PHY-1902 : Fig. S10.1: Télescopes Trappistes. Repéré à http :// /fr/trappistportail (page consultée le 10 avril 2017) Fig. S10.2: Bières trappistes. Repéré à https ://fr.wikipedia.org/wiki/trappiste (bière) (page consultée le 10 avril 2017) Fig. S10.3: Bières trappistes par Philip Rowlands sous license : CC-BY-SA 4.0 Fig. S10.4: Nature 2017 Fig. S10.5: CP p. 219 Fig. S10.6: CP p. 221 Fig. S10.7-S10.10: Nature 2017 Fig. S10.11: NASA/JPL-Caltech. Repéré à http ://exoplanets.nasa.gov/trappist1 (page consultée le 10 avril 2017) Fig. S10.12: Nature 2017 Fig. S10.13-S10.16: NASA/JPL-Caltech. Repéré à http ://exoplanets.nasa.gov/trappist1 (page consultée le 10 avril 2017) Fig. S10.18-S10.19: Nature 2017 Fig. S10.20: Northrop Gumman/NASA Télescope JWST Fig. S10.21: Nature 2017 et NASA/JPL-Caltech Fig. S10.22: NASA/HST

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