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20 ans de découverte d’exoplanètes


Classé dans : Planètes Toutes les nouvelles du ciel

L’idée qu’il existe des planètes ailleurs qu’autour de notre Soleil, n’est pas récente. Déjà au XVIème siècle, dans son ouvrage « L’infini, l’Univers et les Mondes », le philosophe italien Giordano Bruno* (1548-1600) évoque la possibilité de la pluralité de mondes habités. Il écrit que les étoiles qui nous entourent sont autant de soleils qui nous apparaissent très petits car observés de très loin. Il pense également que ces étoiles peuvent être entourées de planètes comme nous les connaissons dans notre système solaire et que ces planètes pourraient être habitées.Il faudra attendre quatre siècles pour confirmer l’intuition de Giordano Bruno et la première exoplanète (ou planète extrasolaire) 51 Peg b ne sera découverte qu’en novembre 1995 par les Suisses Michel Mayor et Didier Queloz à l’observatoire de Haute-Provence.

Mais quelles sont les principales méthodes de détection des exoplanètes ?

Très peu d’entre elles ont pu être photographiées. Le plus souvent elles sont détectées de manière indirecte en utilisant différentes méthodes.

La méthode dite « des vitesses radiales » en est une. Elle s’appuie sur l’influence exercée par une planète sur son étoile. Par exemple, plongés dans notre système solaire nous avons le sentiment que nous tournons autour d’une étoile fixe, notre Soleil. En réalité si nous pouvions observer la situation d’un peu plus loin, nous ferions la constatation suivante, la Terre et l’ensemble des autres planètes tournent effectivement autour du Soleil comme l’affirmait Giordano Bruno, mais il s’agit là d’un jeu d’attractions mutuelles dans lequel le Soleil n’est pas immobile. Même si le Soleil est « dur à déplacer » du fait de sa masse importante, les planètes qui l’entourent ne le laisse pas indifférent et leurs influences se font sentir par une oscillation du Soleil autour d’une position « centrale ». Dans le cas de la méthode des vitesses radiales, c’est cette oscillation qui renseigne les scientifiques sur la présence d’une planète autour d’une étoile. Plus particulièrement c’est une part de l’oscillation qui les intéresse : le mouvement qui se produit dans la direction de l’observateur d’où le nom de « vitesses radiales ». Ce mouvement fera que l’étoile se rapprochera puis s’éloignera de manière cyclique. C’est à l’aide d’un spectrographe, en utilisant l’effet Doppler-Fizeau (voir schéma), que l’on peut mettre en évidence ce léger mouvement de l’étoile en mesurant sa vitesse de déplacement. Bien sûr, plus la planète est massive et proche de son étoile, plus l’effet est important, c’est ainsi que l’on a découvert les « premiers Jupiter chauds » comme 51 Peg b. C’est aujourd’hui la méthode qui a donné le plus de résultat.

Une autre méthode complémentaire de cette méthode des « vitesses radiales » est celle de l’astrométrie. On s’y attache cette fois non plus à observer le rapprochement et l’éloignement de l’étoile mais plutôt son déplacement « latéral » qui modifie sa position apparente par rapport au fond du ciel.

Crédit photo : exoplanet_spectro.observatoire de Paris 
 
Légende : L’effet Doppler-Fizeau utilisé dans la méthode dite des « vitesses radiales » provoque un décalage des raies d’absorption visibles sur le spectre lumineux (bandes noires visibles sur le dégradé coloré) émis par l’étoile. Ce décalage est visible lorsque l’étoile se déplace dans la direction d’observation. Le schéma présente les décalages perçus (dégradé de couleur sur lequel la position théorique des raies est représentée en bleu) en fonction de la vitesse de déplacement de l’étoile dans la direction de l’observateur (courbe) et de la position du couple étoile-exoplanète par rapport à une « position centrale » (croix représentée sur le dessin) et à l’observateur (symbolisé par une lunette d’observation). On y constate que cette méthode n’est sensible qu’au déplacement dans la direction de l’observation. D’où la complémentarité  avec l’astrométrie.

Les transits planétaires sont une autre méthode basée sur la mesure de l’éclat des étoiles. Si une planète vient à passer devant celle-ci, cela va entraîner une baisse de luminosité. Cette méthode à l’avantage de permettre de mesurer la taille de l’exoplanète. Néanmoins, son principal inconvénient, est qu’il faut que la Terre, l’exoplanète et l’étoile observée soient parfaitement alignées. En toute logique les chances de se retrouver dans cette configuration sont faibles et il est nécessaire d’observer un très grand nombre d’étoiles pour que cette méthode s’avère efficace. Aujourd’hui, le rythme des découvertes s’est accéléré avec l’arrivée de télescopes spatiaux comme COROT et KEPLER. Ce dernier observe en permanence près de 150 000 étoiles.

Crédit photo : Nasa
Décroissance de la luminosité perçue au moment du passage d’une planète entre l’observateur et l’étoile observée dans la méthode dite des « transits planétaires ».
 
L’utilisation de microlentilles gravitationnelles permet également la détection d’exoplanètes. Cette méthode découle des travaux d’Einstein qui ont conduit à la formulation de la théorie de la relativité générale. Dans cette théorie de la gravitation un objet massif courbe l’espace et peut ainsi modifier la trajectoire de la lumière qui passerait à sa proximité. Lorsque qu’une étoile proche passe devant une étoile lointaine, la première va ainsi dévier la lumière à la manière d’une loupe d’où le terme de « lentille gravitationnelle ». L’éclat de l’étoile d’arrière-plan va être augmenté et ce phénomène sera d’autant plus intense que l’étoile proche possède une ou des planètes. Les chances pour que les conditions propices à l’utilisation de cette méthode soient réunies sont une nouvelle fois rares mais elle a déjà permis la découverte de plusieurs exoplanètes.

Crédit photo : RTEmagicC_46940_microlentille_exoplanete_nasa_txdam28144_9dd4e4
 Illustration de la méthode dite des « lentilles gravitationnelles ». L’étoile « lentille » amplifie la lumière en provenance d’une étoile source. L’effet est plus intense lorsque les deux étoiles sont alignées (point noté 0 sur l’axe matérialisant l’écoulement du temps). L’effet de la présence d’une exoplanète est quant à lui visible grâce au sursaut observé sur la courbe qui contraste avec le cycle d’augmentation puis décroissance de la luminosité qui est plutôt régulier dans le cas où aucune planète n’est présente autour de l’étoile.
 

« Où en sommes-nous aujourd’hui ? »

Au 15 décembre 2015, la découverte de 2030 exoplanètes a été confirmée. 1288 orbitent seules autour de leur étoile mais 501 systèmes possèdent plusieurs planètes. Viendront probablement s’ajouter à ces 2030 exoplanètes, plusieurs milliers de nouveaux mondes dont la découverte est toujours en attente de confirmation. Il existe sans doute plus de planètes que d’étoiles dans notre galaxie la Voie Lactée. Des chercheurs australiens* avancent un chiffre d’au moins 300 milliards*. Chiffre qui a été revu plusieurs fois à la hausse au cours des dernières années.

Tous ces systèmes planétaires semblent bien exotiques comparés à ce que nous connaissons dans notre système solaire. Des planètes géantes plus grosses que Jupiter et plus proches de leur étoile que Mercure du Soleil, des planètes rocheuses 15 fois plus massive que la Terre.
Aujourd’hui nous n’avons toujours pas trouvé de planètes comparables à la Terre, mais la recherche avance. Une nouvelle génération de télescopes va voir le jour dans la décennie à venir. Ils permettront de passer de la découverte à l’étude de ces planètes, qui devrait sans doute nous révéler un Univers encore plus riche que nous ne l’imaginions.


Pour en savoir plus sur le nombre d’exoplanètes découvertes, vous pouvez consultez ce lien : http://exoplanet.eu/diagrams/

*https://fr.wikipedia.org/wiki/Giordano_Bruno
*http://www.sciencesetavenir.fr/espace/vie-extraterrestre/20151016.OBS7767/de-la-vie-extraterrestre-derriere-les-surprenantes-variations-d-une-etoile.html
 
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