Exoplantes

Mthodes de dtection

Dtecter une exoplante de manire directe n'est pas une chose facile, et ce pour plusieurs raisons :
  • une plante ne produit pas de lumire : elle ne fait que diffuser celle qu'elle reoit de son toile, ce qui est bien peu.
  • la distance qui nous spare de l'toile est de loin bien plus importante que celle qui spare l'exoplante et son toile : le pouvoir sparateur des instruments de dtection doit donc tre trs lev pour pouvoir les distinguer.
Ainsi, les seules mthodes de dtection qui fonctionnaient jusqu' trs rcemment sont appeles mthodes indirectes , car elles ne dtectent pas directement les photons venant de la plante. Il existe plusieurs mthodes, prsentes et futures pour dtecter une exoplante. La plupart sont dtectes depuis les observatoires au sol.

Dtection par la vitesse radiale

Cette mthode est base sur l'tude du spectre lumineux de l'toile. Les mouvements d'un astre sont influencs par la prsence d'une plante orbitant autour de lui, ce qui provoque un dcalage priodique de sa position. Cela permet de dterminer grce l'effet Doppler-Fizeau la vitesse radiale du spectre lumineux. De manire identique aux binaires spectroscopiques, ceci nous apporte des informations concernant la position de l'orbite de la plante ainsi que sur sa masse.

Cette mthode de dtection est plus performante pour des vitesses radiales leves : autrement dit, pour des plantes voluant trs prs de leur toile, et qui sont trs massives. Ceci explique que de nombreuses exoplantes dcouvertes jusqu' aujourd'hui ont une orbite trs proche de leur toile.

C'est par cette mthode que la plupart des plantes extrasolaires ont t dtectes.

Reprsentation de la dtection d'une exoplante par vitesse radiale. Le dplacement des raies sombres dans le spectre de l'toile est la signature du mouvement de la plante et de l'toile autour de leur centre de gravit.

Reprsentation de la dtection d'une exoplante par vitesse radiale. Le dplacement des raies sombres dans le spectre de l'toile est la signature du mouvement de la plante et de l'toile autour de leur centre de gravit.
Crdit : Emmanuel Pcontal, Observatoire de Lyon


Dtection par le transit

Transit primaire (mthode indirecte)

Cette mthode de dtection indirecte est base sur l'tude de la luminosit de l'toile. En effet, si celle-ci varie priodiquement cela peut provenir du fait qu'une plante passe devant.

Bien que la variation de luminosit d'une toile soit plus facilement reprable que la variation de sa vitesse radiale, cette mthode se rvle peu efficace en termes de quantit de plantes dtectes par rapport la somme des toiles observes. En effet, on ne peut l'utiliser que dans le cas o nous observons le systme stellaire quasiment par la tranche. On peut montrer que pour des orientations alatoires de l'orbite, la probabilit gomtrique de dtection par cette mthode est inversement proportionnelle la distance entre l'toile et la plante. On estime 5 % des toiles avec une exoplante la quantit dtectable avec cette mthode.

Cependant, elle a l'avantage de ne ncessiter l'usage que de tlescopes de dimensions raisonnables.

Dans notre propre systme solaire, on peut aussi observer des transits de plantes : les transits de Vnus et de Mercure ne peuvent cependant tre observs tout au plus que quelques fois par sicle.

Reprsentation de la dtection d'une exoplante par le transit. Lorsque l'exoplante passe devant son toile, cette dernire voit sa luminosit diminuer.

Reprsentation de la dtection d'une exoplante par le transit. Lorsque l'exoplante passe devant son toile, cette dernire voit sa luminosit diminuer.


Transit secondaire (mthode semi-directe)

Le principe repose sur le transit secondaire, cest--dire quand la plante passe derrire l'toile. Dans ce cas on peut dtecter les photons provenant de l'hmisphre clair de la plante, ce qui fait de cette mthode une mthode en semi-directe. En rsum, on tudie le signal lumineux provenant d'une plante clipse par son toile et l'on retire ensuite le signal lumineux mis par l'toile (que l'on a mesur auparavant), on obtient alors la signature de la plante.

La premire dtection du transit secondaire a t faite avec le tlescope spatial Hubble en 2003 sur l'toile HD 209458.

Rcemment, des quipes d'astronomes ont russi dtecter deux exoplantes de manire directe, par l'utilisation du satellite Spitzer. Celles-ci, qui taient dj connues, ont t repres grce la lumire infrarouge qu'elles mettaient.

Cela ouvre de nouvelles opportunits dans le domaine de l'observation. En effet, les chercheurs vont dsormais pouvoir essayer de comparer certaines caractristiques essentielles des exoplantes repres jusque l, telles que la couleur, la rflectivit et la temprature. Ceci permettra de mieux comprendre la manire dont celles-ci viennent se former.

Dtection par astromtrie

Elle repose sur la dtection des perturbations angulaires de la trajectoire d'une toile. Plus la masse de la plante, et la distance qui spare l'toile de la plante sont grandes, plus le systme est proche de nous et donc visible.

Cette mthode, bien qu'elle soit connue depuis longtemps, n'avait pas encore t utilise en raison des infimes variations qu'elle devait reprer. Mais ce sera bientt chose possible avec notamment la mise en place du mode double champ du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) appel PRIMA.

Dtection par effet de microlentille gravitationnelle

Cette mthode s'appuie sur la courbure de la lumire mise par une toile distante ou un quasar, lorsqu'un objet massif s'aligne suffisamment avec cette source, phnomne appel lentille gravitationnelle . La distorsion de la lumire est due au champ gravitationnel de l'objet lentille, une des consquences de la relativit gnrale, comme l'a dcrit Albert Einstein en 1915. Il en dcoule un effet de lentille, formation de deux images dformes de l'toile distante, voire davantage.

Dans le cas de la recherche d'exoplantes, la plante cible, en orbite autour de l'toile lentille, fournit une information supplmentaire, permettant de dterminer sa masse et sa distance de l'toile. On parle de microlentille car la plante n'met pas ou trs peu de lumire.

Cette technique permet d'observer des astres de masse mme relativement faible, puisque les observations ne s'appuient pas sur la radiation reue.

Dtection directe

L'utilisation combine de systmes de correction en temps rel appels optique adaptative et de la coronographie a permis rcemment d'observer une exoplante directement l'aide du VLT.

D'normes efforts sont consacrs actuellement l'amlioration des techniques d'optique adaptative, de coronographie stellaire, et de traitement d'image, afin de dvelopper une imagerie astronomique trs haut contraste capable de dtecter des exoplantes de la taille de la Terre. Ces mthodes sont dtailles dans la page principale.

La premire photographie optique d'une exoplante est publie le 13 novembre 2008 dans la revue Science magazine. Prise par le tlescope spatial Hubble et traite par l'quipe de l'astronome Paul Kalas, la plante a une masse probablement proche de celle de Jupiter. Baptise Fomalhaut b, elle est en orbite autour de l'toile Fomalhaut dans la constellation du Poisson austral (Piscis Austrinus) environ 25 annes lumires. Fomalhaut b est distante d'environ dix fois la distance sparant Saturne du Soleil. Cette dcouverte est annonce en mme temps et dans la mme revue que celle de l'quipe de l'astronome canadien Christian Marois concernant la premire observation directe, 129 annes lumire, d'un systme solaire entier compos de trois plantes gantes photographies dans l'infrarouge autour de l'toile HR 8799.

Astrophotographie optique de l'toile Formalhaut. Dans une zone proche d'un disque de poussire, nous pouvons observer l'exoplante Formalhaut b. Un coronographe a t utiliser pour masquer en grande partie la lumire de l'toile.

Astrophotographie optique de l'toile Formalhaut. Dans une zone proche d'un disque de poussire, nous pouvons observer l'exoplante Formalhaut b. Un coronographe a t utiliser pour masquer en grande partie la lumire de l'toile.


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