Mise à jour le 14 Février 2011
 
 
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
"À LA RECHERCHE DE NOUVEAUX MONDES :
LES PLANÈTES EXTRA SOLAIRES"
Par Roger FERLET
Directeur de recherches CNRS
Astrophysicien à l’IAP.
Au FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
Le Mercredi 9 Février 2011 à 20H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.
(Roger a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en ppt elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle.
SAF-Ferlet.ppt elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2010/2011)
 
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
Le compte rendu sera succinct étant donné que la présentation est disponible au téléchargement.
 
 
 
 
 
Roger Ferlet, membre de la SAF, est un grand spécialiste des exoplanètes.
 
Il nous propose ce soir de décrire les différentes méthodes pour mettre à jour ces….nouveaux mondes.
 
Cette notion d’autres mondes est relativement ancienne, puisque même Épicure en parle dans sa fameuse lettre à Hérodote vers 300 av JC:
 
Les mondes sont en nombre infini, les uns semblables à celui-ci, les autres dissemblables; (…) il n’y a nulle part d’obstacle à cette infinité;(…) il n’y a aucune nécessité à ce qu’ils aient la même forme.
 
Beaucoup plus tard Giordano Bruno reprend ces idées avec le dénouement funeste que l’on sait : il sera brûlé vif en 1600 à Rome.
 
 
 
 
 
 
Plus près de nous, Bovier de Fontenelle exprimait les mêmes idées dans son célèbre entretiens sur la pluralité des mondes.
 
 
De même nôtre C Flammarion, Schiaparelli et ses canaux etc..
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mais l’astronomie est une science d’observation, et comme dit Roger :
 
Comme toute science, elle se construit avec des faits, de même qu’une maison se construit avec des pierres.
Les progrès techniques énormes induisent des faits observationnels nouveaux.
Mais
Une simple accumulation de faits ne suffit pas, tout comme un tas de pierres ne fait pas une maison!
 
Il faut aussi modéliser, construire une théorie, puis retourner aux faits    
 
 
 
 
Un bel exemple troublant d’observation est cette photo de dromadaires dans le désert, où on demande à brûle pourpoint de quelle couleur sont les animaux ?
 
On répond bien évidemment noire, mais c’est une erreur on a répondu trop vite, en faisant attention, on remarque que c’est l’ombre de dromadaires qui est noire, les bêtes sont vues de dessus, elles sont plutôt blanches.
 
Comme quoi…..
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LA DÉTECTION DIRECTE.
 
Évidemment, la détection directe d’exoplanètes, serait la Graal de la détection, on verrait directement une planète dans un autre système solaire.
 
Mais deux difficultés limitent considérablement cette technique :
·        Une séparation angulaire très petite entre planète et étoile hôte. Par exemple la séparation angulaire entre le Soleil et la Terre, vue d’une distance de 100 années lumière est de 0,03 arc sec, bien au delà des performances actuelles de nos instruments. (la séparation Jupiter-Soleil serait de 0,15 arcsec)
·        Un énorme contraste de luminosité entre planète et étoile, celle-ci étant généralement 10 milliards de fois plus brillante que la planète recherchée. Soit un écart de 25 ordres de grandeur en magnitude.
 
 
Mais si on trace les courbes de luminosité de l’étoile et de la planète en fonction des longueurs d’onde, on remarque que cet écart (en bleu) de 25 ordres de grandeur en magnitude dans le visible devient un peu plus faible : 17 , soit 10 millions au lieu de 10 milliards, dans l’Infra Rouge.
 
Il est donc judicieux d’essayer de détecter directement plutôt dans l’IR.
 
Et c’est ce qui a été fait récemment, tout d’abord à l’ESO avec la découverte d’une planète autour d’une étoile peu brillante (naine brune), cela a été rapporté dans cet astronews.
 
 
 
 
 
 
 
 
Mais la plus émouvante découverte directe, fut celle de Hubble autour de l’étoile Fomalhaut.
 
 
 
 
 
 
 
De même Bêta Pictoris b, une jeune exoplanète d'une masse équivalente à neuf fois celle de Jupiter, a été photographiée par l'un des télescopes du Very Large Telescope de l'ESO.
 
On a même pu préciser deux positions de cette planète en 2003 et en 2009.
 
Elle est située à 60 années lumière de nous, et son disque de poussières est très visible.
 
C’est une étoile jeune , quelques dizaines de millions d’années.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DÉTECTION INDIRECTE : LE LANCEUR DE MARTEAU !
 
 
 
En fait, quand on dit qu'une planète tourne autour de son étoile, c'est faux, la planète et l'étoile tournent autour de LEUR CENTRE DE MASSE COMMUN, il s'en suit un mouvement (plus ou moins important suivant les rapports de masse) de l'étoile devant le fond du ciel; c'est ce plus ou moins petit mouvement qu'on essaie de détecter.
(analogie : le lanceur de marteau)
 
Cela nous conduit à trois méthodes :
 
·        L’astrométrie
·        Le chronométrage
·        La vélocimétrie.
 
 
 
 
 
 
 
L’ASTROMÉTRIE.
 
Cela suppose la détection du mouvement propre de l’étoile dû à la planète.
 
Or tous ces mouvements à détecter sont extraordinairement faibles, et ne sont pas encore détectables par nos instruments.
 
 
LE CHRONOMÉTRAGE.
 
 
C'est la plus ancienne méthode, et elle ne s'applique qu'aux étoiles bien particulières que sont les pulsars.
 
Les flashes des pulsars sont tellement précis (plus précis qu'une horloge atomique) que les faibles variations induites par la présence d'une planète peuvent être détectées.
 
C'est ainsi que la première exoplanète (en fait elles seraient trois) a été découverte autour du pulsar PSR B1257+12 en 1992.
 
 
 
 
 
 
 
 
LA VÉLOCIMÉTRIE OU LES VITESSES RADIALES.
 
C’est une méthode basée sur l’effet Doppler ; si une étoile possède une planète, le léger mouvement propre dû à celle ci se caractérise par le fait que pendant une partie de son orbite elle s'approche de l'observateur et pendant une autre partie elle s'en éloigne.
 
Cette variation est généralement très faible, dans le cas de Jupiter et de notre Soleil, la variation de vitesse radiale du soleil serait de ….10m/sec!!
Comme le son de la sirène de l’ambulance qui s’éloigne devient plus grave, la lumière devient elle-aussi plus grave, si l’on veut, en fait, elle devient moins énergétique, elle se déplace vers le rouge.
 
Les étoiles étant analysées par spectroscopie (étude des différentes raies émises ou absorbées par les étoiles), ces raies sont déviées soit vers le bleu (quand l’étoile se rapproche) et vers le rouge (quand elle s’éloigne).
 
 
Lors du déplacement de la planète autour de son étoile, le léger mouvement autour du centre de masse induit un rapprochement/éloignement de l’étoile par rapport à l’observateur.
 
Ses raies sont donc en fonction de sa position, décalées soit vers le bleu soit vers le rouge comme on le voit sur cette illustration.
 
 
 
 
 
 
 
C'est grâce à cette méthode que la première planète extra solaire a été trouvée par M Mayor et D Queloz de l'Observatoire de Genève avec le spectrographe ELODIE de l'Observatoire de Haute Provence (OHP).
 
C'est la planète baptisée 51 Peg b, tournant autour de l'étoile 51 Peg dans le carré de Pégase et située à 42 années lumière de nous, donc très très proche.
 
 
Cette découverte remet en cause ce que l’on pensait de la formation des systèmes solaires, en effet on venait de découvrir une planète géante très proche de son étoile, alors qu’on pensait que ce type de planètes (comme Jupiter) se trouvait beaucoup plus loin.
 
On a cherché longtemps une explication, il semble que ce soit la migration des planètes géantes formées loin et qui à cause de certaines influences migrent vers le centre de leur système solaire.
 
 
 
 
 
 
On découvre même des systèmes multiples comme HD 69830.
 
 
 
 
 
MÉTHODES PHOTOMÉTRIQUES.
 
Deux applications principales à ces méthodes photométriques (signifie que l’on mesure une variation de luminosité et non plus de position) :
·        Le transit
·        Les micro lentilles gravitationnelles.
 
 
 
LE TRANSIT.
 
 
C'est la méthode photométrique la plus courante actuellement, cela correspond au passage d'une planète devant le disque de son étoile ce qui provoque une (très) légère atténuation de sa luminosité que l'on détecte.
 
(ordre de grandeur : Jupiter provoquerait 1% d'atténuation et notre belle planète : 0,01%!!!).
 
Une telle méthode suppose bien sûr de bonnes conditions d’observation : vue par la tranche .
 
Voir sur cette page une animation expliquant le phénomène.
 
Le premier transit fut détecté en 1999, pour la planète HD-209458b, qui fut baptisée Osiris.
 
 
 
 
 
Les sondes spatiales lancées actuellement pour la détection d’exoplanètes, comme Corot du CNES ou Kepler de la NASA, sont basées sur ce principe.
 
 
Nous avons largement rapporté sur les découvertes de ces sondes de nombreuses fois sur ce site.
 
Signalons juste les très récentes découvertes de Kepler, avec le système solaire Kepler 11, système de 6 planètes dont certaines rocheuses.
 
 
LES MICRO LENTILLES GRAVITATIONNELLES.
 
 
L’effet micro lentille, est basé sur la variation de lumière d'un objet source (une étoile, une galaxie, un amas de galaxies) devant laquelle passe une masse importante, une autre étoile par exemple, suivant ce qu'avait prédit le génial Albert Einstein avec ses lois de la relativité..
 
En effet suivant la position de la source et de l'objet lentille on voit des formes différentes comme expliqué sur le dessin ci contre et aussi sur cet astronews précédent qui résume le sujet.
 
L’inconvénient d’une telle mesure est qu’elle est la mieux adaptée pour des étoiles lointaines, l’avantage est qu’elle permet de détecter des objets de faible masse.
 
 
 
 
 
Une des premières découvertes a été faite par cette méthode avec le projet OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) en 2003 : OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53 dont vous pouvez voir les courbes sur le site de l'expérience.
 
Puis en 2005, une planète tellurique.
 
 
 
 
 
EN CONCLUSION.
 
 
On peut porter sur un graphe, les exoplanètes découvertes avec en abscisse la distance à l’étoile (en UA = distance terre-soleil) et en ordonnée la masse par rapport à la masse terrestre.
 
On a représenté en bleu les planètes de notre système solaire, en rouge les dernières planètes Kepler-11 et en violet les autres planètes Kepler.
 
On n’est pas encore dans la zone de la Terre, mais on se rapproche !!
 
À ce jour (9 Février 2011) on a découvert :
·        529 Exoplanètes dont
·        440 systèmes planétaires et
·        55 systèmes multiples.
 
 
 
 
 
 
 
 
L’instrument le plus précis à ce jour pour découvrir les exoplanètes :
 
HARPS à l’ESO au Chili.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
 
De nombreuses références se trouvent sur les compte rendus précédents de conférences sur les planètes extra solaires, notamment :
 
Les planètes extra solaires par R Ferlet à la SAF en décembre 2005.
 
Il pleut des planètes par A Vidal Madjar en Février 2009.
 
D’autres mondes dans l’Univers par M Mayor à l’IAP en Mai 2006.
 
Une multitude de mondes par M Mayor à l’UNESCO en Janvier 2009.
 
Sur Bêta Pictoris.
 
The Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE): Bohdan’s and Our Great Adventure par A. Udalski, presentation ppt.
 
 
Dossier exoplanètes sur planetastronomy.com :
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin   membre de la commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
Abonnez-vous gratuitement aux astronews du site en envoyant votre nom et e-mail.