La révolution des exoplanètes

Transcription

1 La révolution des exoplanètes 3 août 2014 Festival d astronomie de Fleurance Guillaume Hébrard CNRS Institut d astrophysique de Paris Observatoire de Haute-Provence

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7 Comment détecter une planète extra-solaire?

8 La détection directe 2 énormes difficultés 1. Une séparation angulaire minuscule

9 Soleil-Jupiter à 4 années-lumière à 4 secondes d angle (= 1/900 degré) à 1 main vue à 3 km!

10 Soleil-Jupiter à 100 années-lumière à 0,15 (= 1/ degré) à 1 main vue à 200 km!! Soleil-Terre à 100 années-lumière à 0,03 à 1 main vue à 1000 km!!!

11 Soleil-Jupiter à 100 années-lumière à 0,15 (= 1/ degré) à 1 main vue à 200 km!! Soleil-Terre à 100 années-lumière à 0,03 à 1 main vue à 1000 km!!!

12 La détection directe 2 énormes difficultés 1. Une séparation angulaire minuscule 2. Un gigantesque contraste en luminosité

13 L étoile est jusqu à plus brillante que la planète! là

14 1995 : Observatoire de Haute-Provence

15 Photo : Hervé Dole

16 La détection indirecte «l étoile perturbée»

17 L étoile perturbée mesurer la perturbation gravitationnelle induite par la planète sur son étoile Ü le lanceur de marteau

18 Mark Thiessen - Lance Deal - National Geographic (décembre 2004)

19 100 Mouvement du Soleil à 100 pc µas µas

20 L étoile perturbée

21 Effet Doppler : mesure de la vitesse des astres

22 L effet Doppler Δf Δf Δf est proportionnel à la variation de vitesse radiale de l étoile la variation de vitesse radiale de l étoile est proportionnelle à la masse de la planète f 0 fréquence

23 Décalage Doppler dû à l oscillation de l étoile étoile-hôte exoplanète

24 Décalage Doppler dû à l oscillation de l étoile

25 51 Pegasi b 1995 : Michel Mayor & Didier Queloz vitesse radiale (km/s) jours

26 jupiters chauds

27 Méthode des vitesses radiales Décalage Doppler dû aux oscillations de l étoile K = ( ) 1 3 msini ( M * + m) 2πG 2 3 P e 2 m << M * et e = 0 : K = 203 msini M * 2 3 P 1 3 K(m/s) m(m Jup ) M * (M Sun ) P(jours) Jupiter chaud : +/- 100 m/s sur quelques jours Jupiter : +/- 12 m/s sur 12 ans Terre : +/- 9 cm/s sur 365 jours

28 Vitesse radiale (m/s) 47 UMa

29 Vitesse radiale (m/s) Upsilon Andromedae b

30 Upsilon Andromedae c, d : les deux planètes externes Vitesse radiale (m/s) Planète à 4,6 jours enlevées

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32 Le spectrographe HARPS

33 le spectrographe de l Observatoire de Haute-Provence

34 Il pleut des planètes! exoplanètes systèmes exoplanétaires systèmes multiples 3 août 2014

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38 !"#$%& '% ()%*+,(#-./% 0 123/+42& 56 #7 "+"%-/ '%& '%7* '8/%3/2+-& #9%3 %/ &#-& #--+/#/2+-: ; B#$4#-$%

39 L étoile occultée Éclipse d une étoile, passage, occultation ou transit d un objet devant une étoile Éclipse de Soleil, ou passage de la Lune, 5 octobre 2005

40 L étoile occultée Dernier transit de Vénus : le matin du 6 juin 2012 en France. Prochain transit de Vénus : 11 décembre Passage de Vénus, juin 2004

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42 L étoile occultée L étoile apparaît moins brillante lors d une occultation

43 L étoile occultée

44 Temps Transits Brillance

45 Transits étoile planète brillance temps

46 HD

47 Occultation de HD Flux relatif Temps (jours)

48 Vitesse radiale / Occultations HD b Période = 3, jours Masse = 0,69 ± 0,05 M Jupiter Flux relatif Rayon = 1,35 ± 0,04 R Jupiter Densité = 0,35 ± 0,05 g/cm 3 Temps (heures)

49 Profondeur du transit? Un Jupiter devant un Soleil è R Jupiter = 0,1 R Soleil 1 % Flux relatif Temps (jours)

50 Profondeur du transit? 1 % Un Jupiter devant un Soleil è R Jupiter = 0,1 R Soleil Une Terre devant un Soleil è R Terre = 0,01 R Soleil 0,01 % Flux relatif Temps (jours)

51 Profondeur du transit? 1 % Un Jupiter devant un Soleil è R Jupiter = 0,1 R Soleil Une Terre devant un Soleil è R Terre = 0,01 R Soleil 0,01 % Flux relatif Temps (heures)

52 Sondages photométriques au sol pour rechercher des planètes en transits

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54 CoRoT-7b : première super-terre avec mesure de masse et de rayon 5 masses terrestres 1,7 rayon terrestre Densité : 5,5 g/cm 3 (Jupiter : 1,3 / Terre : 5,5)

55 CoRoT-7b : première super-terre avec mesure de masse et de rayon 0,03 % 5 masses terrestres 1,7 rayon terrestre Densité : 5,5 g/cm 3 (Jupiter : 1,3 / Terre : 5,5)

56 CoRoT-9b : un Jupiter en transit sur une orbite similaire à celle de Mercure. CoRoT 9 HARPS P = 95,2738 +/ jours e = 0,11 +/ M p = 0,84 +/ M Jup 40 R p = 1,05 20 RV [km/s] O C [m/s]. 0 +/ R Jup JD [days].. CoRoT 9 HARPS. 60 RV [m/s] φ.

57 Le satellite Kepler

58 Kepler-9 Flux TTV : Transit Timing Variations Jours

59 Kepler-9b et c Flux Flux Jours P = 19,2 jours r p = 0,84 R Jup m p = 0,25 M Jup Jours P = 38,9 jours r p = 0,82 R jup m p = 0,17 M Jup 2:1

60 Kepler-9d Flux P = 1,5925 d r p = 1,5 R Terre K = 1,5 m/s? Jours 0,025 %

61 Jours KOI-142 : la reine des TTV KOI-142b : super-terre en transit, de 10,95 jours de période. Énormes TTVs Vitesse radiale (km/s) Détectée en vitesses radiales Prédiction de KOI-142c (P=22,34j & 0,7 M Jup )

62 Flux Kepler-11

63 P = 10,3 j r p = 2,0 R Terre m p = 4,3 M Terre P = 13,0 j r p = 3,1 R Terre m p = 13,5 M Terre P = 22,7 j r p = 3,4 R Terre m p = 6,1 M Terre P = 32,0 j r p = 4,5 R Terre m p = 8,4 M Jup P = 46,7 j r p = 2,6 R Terre m p = 2,3 M Jup P = 118,3 j r p = 3,7 R Terre m p < 300 M Jup Flux 0,03 % 0,08 % 0,10 % 0,14 % 0,05 % 0,12 %

64 Kepler-11

65 Nombre de planètes découvertes par année

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67 Nombre de planètes par étoile (période < 50 jours) Les petites planètes sont très nombreuses! Rayon des planètes (R Terre )

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71 Hydrogène (H) Deutérium (D) Hydrogène moléculaire (H 2 ) Carbone (C) Azote (N) Oxygène (O) Fer (Fe)? H + O + C + N

72 Hydrogène (H) Deutérium (D) Hydrogène moléculaire (H 2 ) Carbone (C) Azote (N) Oxygène (O) Fer (Fe)? Spectre du Soleil H + C + N + O

73 Hydrogène (H) Deutérium (D) Hydrogène moléculaire (H 2 ) Carbone (C) Azote (N) Oxygène (O) Fer (Fe)? Spectre du Soleil H + C + N + O

74 Vénus Terre Mars

75 La Terre vue comme une exoplanète Éclipse de Lune

76 La Terre vue comme une exoplanète O 3 { Na I SOPHIE O 2 Éclipse de Lune du 16 août 2008

77 Futurs instruments