A la recherche de nouveaux mondes : les planètes extrasolaires

Compte rendu du b'art du 2 Février 2011  (56éme du nom)

par Monsieur Bernard LHÉRITIER : Que je  remercie infiniment ici de son dévouement.

Conférence"A la recherche de nouveaux mondes : les planètes extrasolaires"
avec Roger FERLET de Institut d'Astrophysique de Paris

I) Pourquoi les chercher ?

Le Soleil est environné d'un cortège de planètes ; les autres étoiles, pour la plupart, ont aussi les leurs. On les nomme les planètes extrasolaires ou exoplanètes.

a) Les astronomes tentent de détecter ces planètes pour mieux comprendre le système solaire et sa formation. Jusqu'en 1995, le seul système planétaire à notre disposition était le système solaire, cela fait peu pour tout expliquer. Autour du Soleil, toutes les planètes tournent dans le même sens et dans le même plan : est-ce une loi générale ?

b) Sommes-nous seuls dans l'univers ?

Epicure déjà était sûr que les mondes sont en nombre infini.

Giordano Bruno pensait que chaque étoile était un Soleil semblable au nôtre et que tous ces Soleils étaient entourés de planètes habitées. Comme l'Eglise ne partageait pas ce point de vue, Bruno fut brûlé vif sur la place Navonne à Rome en 1600.

Plus tard, Fontenelle fait paraître les Entretiens sur la pluralité des mondes. On y apprend que la Lune elle-même est habitée !

Camille Flammarion signe La pluralité des mondes habités en 1862.

Dans le même esprit, Schiaparelli observe sur Mars un réseau de canaux et admire l'ingéniosité des habitants qui ont mis en valeur leur planète. Il faudra les observations précises d'Antoniadi en 1909 pour qu'on sache enfin que Schiaparelli avait la berlue !

Face à tant de spéculations gratuites, rappelons que l'astronomie est une science d'observation. Les chercheurs accumulent les observations, puis les utilisent pour construire une théorie, un modèle.

II) Deux difficultés

a) La distance entre les planètes et leurs étoiles n'est jamais très grande. Vue depuis la Terre, la séparation angulaire est très petite. Nos télescopes ne peuvent pas distinguer des points aussi serrés qu'une étoile et ses planètes.

b) Le contraste de luminosité entre l'étoile et sa planète est énorme. La planète est noyée dans la lumière de l'étoile, qui est 10 milliards de fois plus brillante. Posons un petit ver luisant auprès d'un énorme phare de marine, situé à Marseille, et tentons de voir la lumière de l'insecte depuis Paris : mission impossible !

Les astronomes observent en infrarouge, domaine où l'étoile brille moins fort, et la planète davantage. Ce n'est pas facile, mais les chercheurs ont obtenu tout de même la photo d'une étoile avec sa planète et son nuage d'Oort.

Et même dans le domaine visible, le télescope spatial Hubble nous a montré l'étoile Fomalhaut accompagnée d'une planète

En 2008-2009, on a trouvé une planète dans le disque de poussière qui entoure l'étoile Bêta Pictoris.

III La détection

a)Astrométrie Etoile et planète tournent ensemble autour de leur centre de masse. C'est-à-dire que l'étoile se déplace très légèrement sur le ciel. Ces déplacements sont trop petits pour que nous ayons pu les mesurer jusqu'à présent, mais le futur satellite astrométrique Gaia sera sans doute capable de mesurer de tels déplacements pour détecter des planètes.

b)Chronométrie

Les pulsars sont d'anciennes étoiles, qui nous envoient des signaux radio selon un rythme extrêmement précis. La présence des planètes, en faisant balancer le pulsar, provoque une avance, puis un retard, mesurables. C'est ainsi qu'on a trouvé un pulsar à trois planètes, dont l'une n'est pas plus grande que la Lune.

Mais il faut attendre peu de détections par cette méthode parce que le nombre des pulsars connus n'est pas énorme et parce qu'il faut que leurs planètes passent entre l'étoile morte et l'observateur.

c)Spectroscopie

Le léger mouvement de l'étoile autour de sa planète peut se faire sur la ligne de visée (si l'astronome a de la chance) C'est-à-dire que l'étoile, tantôt se rapproche de l'observateur, tantôt s'en éloigne.

Le spectroscope est un appareil qui décompose la lumière des étoiles, à la façon dont l'arc en ciel décompose celle du Soleil en plusieurs couleurs. Quand l'étoile se rapproche, les raies du spectre se décalent vers le bleu et quand l'étoile s'éloigne, les raies se décalent vers le rouge. L'intensité du décalage fait connaître la vitesse de l'étoile.

Connaissant la masse de l'étoile et la vitesse que la planète est capable de lui donner, on en déduit la masse de la planète. C'est ainsi qu'en 1995, les deux Suisses, Michel Mayor et Didier Quelloz, ont découvert la planète 51 Pégasi b.

Grande stupeur dans le monde des astronomes : une planète de type Jupiter, tournant au ras de son étoile, c'était le premier " Jupiter chaud "! Le système solaire ne serait donc pas représentatif de ce qui se passe partout autour des étoiles ? En tout cas, cette planète extraordinaire n'avait pas pu se former si près de son étoile : et voici confirmée la théorie qui voulait que les planètes gazeuses se forment loin du Soleil, puis migrent vers le lieu où nous les voyons aujourd'hui.

d) Photométrie

La planète, en passant devant son étoile, fait écran et un photomètre précis enregistrera une baisse de luminosité. L'intensité de la baisse donne une idée de la taille de la planète en fonction de celle de l'étoile.

Puis la vérification par la spectroscopie donne la masse. De ces deux paramètres, masse et taille, on déduit la densité de la planète : est-elle gazeuse ou rocheuse ?

La première planète trouvée par " transit "fut Osiris

La photométrie est la méthode utilisée par le satellite Corot. Il en est à une vingtaine de planètes détectées, vérifiées par spectroscopie.

Le satellite Kepler de la Nasa, plus puissant que Corot, amène aussi sa moisson d'exoplanètes.

Lorsque la planète passe derrière son étoile, elle est occultée à son tour, on ne la voit plus briller, on surveille le transit secondaire.

Si cette observation se fait en infrarouge, le transit secondaire fera connaître la luminosité infrarouge de la planète elle-même, on en déduira sa température.

Si la planète possède une atmosphère, le transit la révélera et le spectre fera connaître sa composition chimique.

IV Situation actuelle

Nous en sommes à 519 planètes extrasolaires détectées et chaque mois en amène d'autres. " Nos " planètes se répartissent dans 435 systèmes planétaires différents, avec 54 systèmes multiples, jusqu'à 6 planètes autour d'une même étoile.

Conclusion : la Galaxie abrite certainement des centaines de millions de planètes.

La planète Osiris voit son hydrogène arraché et expédié dans l'espace, soufflé par le vent de son étoile : ainsi comprenons-nous mieux comment la Terre a perdu son hydrogène autrefois.

L'effort d'aujourd'hui consiste à tenter de détecter une planète de masse comparable à celle de la Terre, située dans la zone habitable de son étoile, c'est-à-dire à la distance où l'eau existe sous forme liquide. L'exoplanète qui répond le mieux à cette demande, pour le moment, est Gliese 581, découverte par Michel Mayor. Avec ses deux masses terrestres, elle est encore un peu grosse.

Un grand télescope au Chili est équipé d'un nouveau spectroscope, Harps, dont on attend beaucoup. Bientôt un spectroscope encore plus puissant sera installé sur un télescope encore plus grand, le V.L.T.

Il est question aussi de continuer la traque des planètes extrasolaires dans l'Antarctique, où six mois de nuit favorisent les observations.

Darwin sera un ensemble de télescopes installés dans l'espace. Il prendra des photos des planètes et fera des spectres de leurs atmosphères, à la recherche des traces de vie

Les astronomes sont de plus en plus nombreux à penser que nous sommes seuls dans l'univers. Des formes de vie seront peut-être trouvées un jour, mais une vie intelligente est peu probable : s'ils existent et s'ils ont une technologie avancée, pourquoi ne sont-ils pas là ? Tel est le paradoxe de Fermi.

La recherche s'intensifie sans cesse car le nombre des chercheurs vivant aujourd'hui est bien plus grand que le nombre total de tous ceux qui ont existé depuis le début de l'humanité.