74% H 24% He 10 6 y? C, N, O éléments + lourds 10 9 K He C, N, O 10 8 y 10 8 K 10 7 K H He 10 10 y Les étoiles sont des boules de gaz en équilibre entre 2 forces : la gravitation qui tend à les condenser et la pression consécutive à la fusion thermo-nucléaire active en leur coeur
Rencontres insolites dans le Cosmos 4. Exo-planètes, des Jupiters chauds aux super-terres Danièle IMBAULT Direction des Sciences de la Matière, CEA/Saclay
«Il est d'innombrables soleils et un nombre infini de terres tournant autour de ces soleils, à l'instar des sept "terres" que nous voyons tourner autour du Soleil qui nous est proche» Giordano Bruno (1548-1600) Christian Huygens 1629-1695 Bernard de Fontenelle (1657-1757)
A la recherche des exo-planètes, ou planètes extra-solaires habitables? Vie hors ZH? Titan-Encelade- Europe-Cérès
10 3 M 10 2 10 10-1 Mais où les chercher? 10-2 10-3 M
et dans les disques proto-planétaires, un peu partout! Mais comment?
1. Détection directe Quelle est la difficulté? Le rapport de luminosité entre l étoile et sa planète Soleil Terre Jupiter Uranus 10-9 en visible 10-5 en infrarouge
1994 / Gliese 229B : Ce n est pas une planète, mais une naine brune
Beta Pic : 1 er disque débris, 63 AL / IRAS 1984 2008 Beta Pic b Période 17-21 ans à 8 UA de son Masse = 8 M J VLT / NACO IR Optique adaptative
2008 Fomalhaut b 1 ère exo-planète détectée en optique (coronographe HST) 2013 100 UA Fomalhaut a Poisson Austral 2 M, 2, à 25 AL Etoile royale des Perses il y a 5000 ans
2. Méthode de la vitesse radiale Connaissez-vous l effet Doppler? Ecart de fréquence / période = mesure de vitesse relative Effet Doppler Fizeau 3 1 V radiale = c. / 2
Mouvement périodique du Soleil dû à Jupiter : 12.5 m/s, période 12 ans Précision nécessaire : 1 m/s pour Jupiter 0,1 m/s pour la Terre! X Masse exo-planète Distance à l étoile Mais dépendance angulaire évaluation masse minimum OK si planète massive OK si fréquence élevée (proximité) Ce qui se passe Ce que nous voyons
1995 51 Pegase b 1 ère exo-planète autour d un Soleil M.Mayor & D.Queloz Observatoire de Haute-Provence 51 AL Révolution en 4 j T 1/20 UA, 1000 C 150 M T = 0,5 M J Un Jupiter chaud??? 1999 Upsilon Andromedae Binaire jeune soleil + naine rouge à 750 UA 1 er système planétaire autour d une étoile double
2007 Gliese 581 1 ères exo-planètes en zone «habitable»!!! HARPS VLT (ESO) / Michel Mayor Naine rouge L / 100 M / 3 [e] 2 M, la plus petite [b] 16 M, «Neptune» [c] 5M, 2R [d] 7M, 2.5R
3. Méthode des transits Jupiter 1% Terre 0,01 % 1 ère exoplanète : atmosphère H 2 détectée (s évapore) + détection O et C + vents mesurés Masse > 0.7 M J Période 3.5 j T Orbite à 0,05 UA Température 1100 C Taille 1.3 Jupiter Autour naine jaune 150 AL HD 209458 b Osiris Taille exo-planète Distance à l étoile Nécessite de voir «par la tranche» Probabilité occultation supérieure si grosse et planète proche 1999 1 er transit
2009 CoRoT 7b La plus petite, 1 ère planète rocheuse [5.6 g/cm 3 et super-terre! Taille 1.7 R Masse 5 M (HARPS) Distance 0.02 UA Période 20 h Température 2000 C / -200 C CoRoT (2007-2014) 1 er télescope spatial dédié exo-planètes (40) et à l astérosismologie
11 42 CCD 95.10 6 pixels Détecter des «terres» en zone habitable (3 transits + confirmation sol) et étudier tailles/formes orbites Déterminer orbites, luminosités, taille, masse des planètes géantes à courte période Estimer la proportion d exo-planètes en orbite autour 2009 Lancement KEPLER / NASA En orbite terrestre autour du Soleil Observation de 150.000 «soleils» / 3 ans d étoiles multiples Identifier les propriétés des étoiles abritant systèmes planétaires
2740 candidates 33 confirmées
5/12/2011 Kepler 22b 1 ère exo-planète découverte dans la zone habitable d une naine jaune Taille 2.4 R Masse 40 à 120 M Distance 0.85 UA Période 290 j T Temp. moyenne -11 C à 620 AL
Kepler 69c Orbite en 242 jours à 114.10 6 km de son étoile
Vitesse radiale Nombre d exoplanètes découvertes / confirmées par année Transit Imagerie directe Annonce Kepler 27.02.14
Avril 2014 : 1 ère planète de taille terrestre située dans la zone habitable de son étoile, une naine rouge de 0,5 M, dans la Constellation du Cygne, à 490 AL de nous Sa période de révolution est de 130 jours terrestres.
Au 28 mars 2015 : 1906 exoplanètes, dans 1202 systèmes planétaires (dont 480 multiples) + quelques milliers de candidates en cours d analyse
Existence «commune» de planètes autour des étoiles (> 1 par en moyenne) Systèmes planétaires très diversifiés (nomenclature ) Et après? Système solaire plutôt atypique : géantes souvent plus proches 50% des systèmes «super-terres» courte période Les planètes migrent (interactions avec le disque) et le système évolue souvent vers des configurations instables modifications brutales, collisions / éjections
20% des «soleils» ont (au moins) une planète ressemblant à la Terre dans leur zone habitable ~ 200 milliards d étoiles dans notre Galaxie, dont 25% (50 milliards) de «soleils» 10 milliards de «terres potentiellement habitables»
Et si nous sortions de notre Galaxie? A SUIVRE