Les autres mondes en dehors du système solaire Lucas, Spielbeg Guillaume Laibe, Cédric Mulet-Marquis, ENS Lyon UPL 09-10
Les exoplanètes en chiffres 1 ere découverte : 1992, Wolszczan et Frail, PSR 1257+12 2 e découverte : 1995, Mayor et Queloz, 51 Peg b NASA
405 planètes connues au 13/11/2009 (1 exoplanète découverte toutes les deux semaines) 40 systèmes multiples : 5 planètes autour de 55 Cnc Masse : de qqs masses terrestres (Corot 7b) à qqs milliers de masses terrestres (qqs dizaines de masses de Jupiter, GQ Lup b) Distance à l étoile : qqs millions de km (XO-3 b : 7 millions de km, 12M J ) à qqs centaines de millions de km (HD 160691 e, 800 millions de km, 1,8 M J ) Période : qqs jours (Corot 7b : 20h) à qqs années (HD17092b : 360j)
Planètes dans des systèmes stellaires multiples : HD 188753 Ab dans un système de trois étoiles (binaires en orbite autour de l étoile centrale) Le système 55 Cancri Gliese581b Gliese581d Gliese581c Crédits : NASA Gliese581 nasa Le système solaire nasa
Difficultés pour voir une exoplanète : Proximité étoile/planète : Distance observation (a-l) 3 30 1 = une pièce de 2centimes à 4km!! Angle Terre-Soleil en 1 0,1 Différence de luminosité : Le contraste entre le Soleil et les étoiles les plus faibles à l œil vaut dix milliards Visible IR Contraste Soleil Terre dix milliards dix millions Contraste Soleil Jupiter un milliard cent mille
Méthodes de détection Méthode des vitesses radiales : Met à profit le déplacement de l étoile autour du centre de gravité étoile/planète Utilisation de l effet Doppler qui en résulte J.C.Boulay Un exemple d effet Doppler avec des ondes sonores Avantage : inclinaison quelconque de l orbite Inconvénient : on ne connaît que le produit de la masse de la planète par l inclinaison Difficulté de la méthode : effet Doppler très faible (un pour un million) Chine Information
L effet Doppler : un décalage des fréquences quand la source et l observateur sont en mouvement l un par rapport à l autre Effet sur la lumière ESO
Attention aux mouvements parasites!! Rotation de la Terre sur elle même Rotation de la Terre autour du Soleil Mouvement propre de l étoile Un exemple de mesure Mayor, Queloz, Nature 1995
Méthode des transits : On utilise la baisse de luminosité induite par le passage de la planète devant l étoile Méthode plus précise avec un satellite qu au sol Inconvénient : il faut que l orbite de la planète soit vue par la tranche Avantage : on sait que l orbite de la planète est vue par la tranche Difficulté de la méthode : baisse de luminosité très faible (une mouche devant un projecteur au mieux) Vénus et l ISS devant le Soleil (8 juin 2004) ESA
Attention aux signaux parasites : Activité de l étoile Un exemple de courbe de lumière obtenue : première exoplanète de CoRoT Hans Deeg P.Barge et al, A&A 2008
Effet de lentille gravitationnelle : Inconvénients : on ne voit qu un seul passage D.Darling Collaboration OGLE
Annulation de la lumière de l étoile par interférométrie Expérience des fentes d Young
Annulation de la lumière de l étoile par interférométrie On combine deux faisceaux lumineux pour les faire interférer et supprimer l étoile Inconvénients : contrôle de la distance entre télescopes à une fraction de micron Avantage : on a accès à la lumière de la planète Lumière+lumière =lumière Lumière+lumière =obscurité
Aladdin : un démanstrateur de Darwin en Antarctique Le projet Darwin : ESA Obs Paris Une simulation de ce que pourrait voir Darwin : ESA
Imagerie directe Avantage : on voit directement la planète, on peut étudier sa lumière Inconvénient : pour l instant applicable à peu de cas (cf plus haut luminosité et angle planète/étoile)
La première exoplanète vue directement 2M12107b? Une exoplanète autour de Fomalhaut P.Kalas et al, Science 2008 Chauvin et al, A&A 2004
La formation des planètes Kant (1755) et Laplace (1796) pensent que les planètes se forment dans un disque froid de gaz et de poussières. Histoire de l effondrement gravitationnel d un nuage 1 2 3 4 Crédits : W. Kley
Les premières phases de formation planétaires ont lieu dans un disque protoplanétaire (nuage de gaz et de poussières) s ~ µm 100 fois la distance Soleil-Terre
Les dernières phases de formation planétaire 1- Fragmentation due : À l auto gravité Au refroidissement Pb: Efficace seulement pour des zones situées à plus de 50 fois la distance Soleil- Terre Credits : L.Mayer 2- Croissance par accrétion d un objet formé d un cœur et d une enveloppe gazeuse Pb : D où viennent le premier cœur et les planétésimaux? Credits : W. Benz
Les recherches à venir Pink Floyd Spectroscopie : C est la décomposition de la lumière ATTENTION! Suppose d avoir une observation directe de la planète Remarque : pour longtemps encore, les exoplanètes ne seront vues que comme des points :pas de détail de la surface. Pour distinguer un continent sur une planète à 10 al -> télescope équivalent à 50km de diam
Intérêt de la spectroscopie : Décomposer la lumière permet de remonter aux composants qui en sont à l origine => Connaître les éléments chimiques présents sur la planète => Détecter des indices de la présence de vie : chlorophylle Un exercice d application : le spectre de la Terre vue comme un point par la sonde Vénus Express Eau ESA Méthane Dioxyde de carbone
Zone habitable : plusieurs critères : Distance planète/étoile Taille de la planète (possibilité ou non de retenir une atmosphère) Taille de l étoile, c est-à-dire durée de vie et type de rayonnement émis Étoile avec une luminosité quasi constante Orbite de la planète stable et peu éloignée d un cercle
Problème : on ne sait rien des formes possible que la vie pourrait prendre ailleurs que sur Terre Quel solvant pour les réactions biologique? Ammoniac avec des propriétés très semblables à l eau Quelles températures réellement favorables à la vie? Cf sur Terre bactéries thermophiles qui ne vivent qu au delà de 80 C La vie sur Melmac (défavorable aux chats) La vie sur Dagobah (inverse l ordre sujet verbe complément) La vie sur Oxo Fusco/Patchett Lucas/Spielberg Fallet/Girault