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La vie : quoi et où ? Les exoplanètes Formation des systèmes planétaires Recherche dintelligences Sommes-nous visités ? La vie dans lUnivers.

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1 La vie : quoi et où ? Les exoplanètes Formation des systèmes planétaires Recherche dintelligences Sommes-nous visités ? La vie dans lUnivers

2 Dans notre système solaire : il reste une faible probabilité dexistence dune vie primitive ailleurs que sur terre Mars (dans le passé ?) Titan, Europe,… ??? Recherche dune vie évoluée aller voir plus loin Que chercher ? Seules formes de vie connues : sur notre Terre Possibilité de formes de vie exotiques (science-fiction) mais nous ne saurions pas que chercher, ni comment recherche de formes de vie analogues à la nôtre sur des planètes : à croûte solide avec de leau liquide (excellent solvant) Où chercher la vie ?

3 Les grandes étapes de la vie sur Terre t (GYr) hÉvénement 4.6 0hFormation de la Terre 4.5/4.0 1h/3hFormation des océans 4.0 ? 3h ?Premiers organismes unicellulaires hPremières plantes multicellulaires hExplosion du cambrien (1 ers animaux) hLa vie sort des océans h30mPremiers mammifères h59m50sHomo Sapiens (100 ans 23h59m59s.998Invention de la radio) La vie : quoi et où ? - 2 Attention ! Le point de vue adopté dans ce tableau (dernières lignes) est très anthropomorphique !

4 Les planètes habitables Zone habitable (ZH) = zone entourant létoile où la présence deau à létat liquide est possible La vie : quoi et où ? - 3 Zone habitable au début de la vie de létoile Zone habitable à la fin de la vie de létoile Zone continuellement habitable Étoile L * augmente durant la phase de séquence principale la zone habitable se déplace Position idéale : dans la zone continuellement habitable (ZCH) Complication par effet de serre éventuel dépend de latmosphère planétaire

5 Autour de quelles étoiles ? Étoiles O, B, A, F : vie trop brève < 3 milliards dannées (GYr) Étoiles M : vie très longue mais étoiles très peu lumineuses (1) ZH très étroite et pas de ZCH (mais 200 GYr pas nécessaires) (2) ZH très proche de létoile rotation synchrone probable radiation mortelles de la couronne ? Étoiles G : bon compromis Étoiles K : peut-être les mêmes problèmes que les étoiles M Seules les étoiles G (et K ?) de séquence principale non binaires sont susceptibles de procurer un environnement adéquat ~ 10% des étoiles de la Galaxie La vie : quoi et où ? - 4

6 Exoplanète = planète extrasolaire = planète gravitant autour dune étoile autre que le soleil Imaginons un système comme le nôtre autour dα Cen D (α Cen) = 4.2 AL = UA d (Jupiter – Soleil) = 5.2 UA θ = dist. ang. = 5.2/ rad = 4 Luminosité L P /L * ~ 10 9 Autres étoiles : plus éloignées problème encore plus difficile ex : ε Eri : D = 10.5 AL d (planète – étoile) = 3.2 UA θ = 3.2/ rad = 1 détection directe généralement hors de portée des moyens actuels recherche par des méthodes indirectes Les exoplanètes

7 Premières découvertes 1992 : découverte de 2 planètes autour du pulsar PSR B par Aleksander Wolszczan M = 4.3 & 2.8 M T d = 0.36 & 0.47 UA 1995 : découverte de la première exoplanète orbitant autour dune étoile « normale » par Michel Mayor et Didier Queloz 51 Peg : G2IV D = 48 AL M = 1.05 M 51 Peg b : M > 150 M T d = 0.05 UA T = 4 jours Les exoplanètes - 2

8 Méthodes de détection : imagerie directe Seulement dans des cas particuliers et avec les meilleures techniques actuelles (espace, optique adaptative…) Les exoplanètes - 3 Naine brune 2M1207 et sa planète (ESO) étoiles peu lumineuses et proches planètes massives grandes orbites Exemples : 2M1207, naine brune à 50 pc planète de 5 M Jup à 40 UA AB Pic, K2V à 46 pc planète de 13 M Jup à 275 UA

9 Mouvement orbital 3 e loi de Kepler généralisée : (sobtient en égalant force gravifique = force centripète pour M et m) Les exoplanètes - 4 Vitesse de létoile : C A a M m v V

10 Méthodes de détection : vitesses radiales M >> m & a >> A Kepler : Les exoplanètes - 5 i = angle entre plan de lorbite et ciel V en km/s T en années m en M Jup M en M plus sensible aux grandes masses planétaires et courtes périodes C A a M m v V

11 Méthodes de détection : microlentilles gravitationnelles Amplification dune étoile darrière plan par une étoile passant sur la ligne de visée (déviation de la lumière avec pseudo-focalisation) Si létoile a une planète qui passe devant la source darrière-plan : Les exoplanètes - 6 maximum secondaire dans la courbe de lumière Détection de faibles masses (ex : 5.5 M T ) mais pas de vérification possible ! Événements peu probables nécessité dobserver un grand nombre de sources

12 Méthodes de détection : transits Si la planète passe devant son étoile éclipse partielle Baisse de luminosité apparente : ΔL/L ~ (R P /R * ) 2 grande précision + favorise les grosses planètes autour de petites étoiles Les exoplanètes - 7 Prob(transit) ~ R * /a + nécessité dobserver plusieurs transits favorise également les courtes périodes Événements peu probables nécessité dobserver un grand nombre de sources

13 Exoplanètes détectées Octobre 2007 : > 250 exoplanètes découvertes Vitesses radiales : 207 systèmes planétaires Les exoplanètes - 8 Transits : 28 Microlentilles : 4 Pulsars : 3

14 Jupiters chauds Les premières exoplanètes découvertes étaient des planètes très massives orbitant très près de leur étoile on les a appelées des Jupiters chauds (M > ~M Jup, d < 0.05 UA) Leur découverte fut une surprise et a forcé les astronomes à revoir les Les exoplanètes - 9 théories de formation des systèmes planétaires Mais ces planètes sont les plus faciles à détecter : V rad grande, T courte transits profonds et plus fréquents biais observationnel ?

15 Contraction de la nébuleuse protostellaire étoile au centre, entourée dun disque de gaz et de poussières Collisions entre grains de poussière agrégation taille augmente jusquà quelques km : planétésimales Formation des systèmes planétaires La gravitation commence à jouer encore + de collisions avec : fusion et augmentation de taille ou pulvérisation des agrégats orbites excentriques encore + de collisions

16 Protoplanètes Les planétésimales les plus massives ont tendance à grandir encore plus en capturant les corps sur leur orbite Taille ~ 1000 km protoplanètes Les plus massives peuvent sentourer dun disque de matière qui donnera naissance à leurs satellites Perturbation des orbites des petits corps par les plus grosses planètes grand bombardement et grand nettoyage du système planétaire Formation des systèmes planétaires - 2

17 Différenciation planétaire Contraction gravifique de létoile maximum de luminosité peu après sa formation Dans le système intérieur : – vaporisation des glaces contenues dans les grains de poussière – pression de radiation repousse les gaz vers lextérieur ( ne reste que ~ 2% de la matière initiale) planétésimales composées de roches + métaux objets telluriques Formation des systèmes planétaires - 3

18 Différenciation planétaire Dans le système extérieur : – planétésimales de roches + métaux + glaces objets ganymédiens – la masse des glaces ~ 3 ou 4 fois la masse de roches et métaux protoplanètes beaucoup plus massives et température plus basse possibilité de capturer les gaz (H, He) planètes joviennes Comment expliquer lexistence de Jupiter chauds ? – formation dans le système extérieur puis migration vers lintérieur (interactions gravifiques dans le disque ou avec dautres étoiles ?) – lors de la migration : éjection probable des plus petites planètes probablement pas de planètes telluriques dans ces systèmes Formation des systèmes planétaires - 4

19 Notre système solaire : un cas particulier ? Exoplanètes :– grande proportion de Jupiters chauds – beaucoup dexcentricités élevées ( éjections) Formation des systèmes planétaires - 5 notre système solaire avec les planètes joviennes restées « à leur place » est-il une exception ? conséquences pour la vie dans lUnivers ?

20 Atmosphère et océans des planètes telluriques Les composants des atmosphères (et océans) des planètes telluriques étaient dans la partie « glaces » du disque protoplanétaire comment expliquer leur présence actuelle ? 2 hypothèses : dégazage dune petite fraction des glaces qui aurait pu survivre à lintérieur des planètes (gaz rejetés par les volcans) Formation des systèmes planétaires - 6 grande pluie : après le maximum de luminosité solaire, impact de comètes riches en glaces : – originaires des régions extérieures – déviées par les planètes joviennes

21 Rappel : ~ 10% des étoiles de la Galaxie sont susceptibles de fournir un environnement adéquat à la vie 1960 : Frank Drake essaie destimer le nombre de civilisations technologiques dans notre Galaxie Recherche dintelligences Taux de formation détoiles adéquates R * : ~10 11 étoiles dans la Galaxie ~10 10 étoiles « adéquates » Âge de la Galaxie ~ ans naissance dune étoile adéquate par an (en moyenne) Frank Drake et « son » équation

22 Fraction détoiles ayant des planètes f p : Les recherches actuelles donnent des résultats positifs pour ~ 5% des cibles (mais concernent des planètes gazeuses massives) adoptons cette valeur malgré tout une étoile tous les 20 ans Nombre de planètes habitables par étoile ayant des planètes n e : Il faut dans la ZH au moins une planète tellurique suffisamment massive pour retenir une atmosphère et pas de Jupiter chaud dans le système supposons que cela arrive une fois sur 10 : n e ~ 0.1 une étoile tous les 200 ans (50 millions de planètes habitables !) Recherche dintelligences - 2

23 Fraction de planètes habitables où la vie se développe f l : La vie est apparue rapidement sur Terre dès que les conditions ont été remplies on peut supposer f l ~ 1 (disons 0.5) une étoile tous les 400 ans Fraction de planètes où la vie évolue vers lintelligence f i : Là, on na pas vraiment dinformations… Probabilité que la vie évolue vers des organismes multicellulaires ? Probabilité quune forme de vie complexe développe lintelligence ? Quest-ce que lintelligence ? supposons f i ~ 0.01 une étoile tous les ans Recherche dintelligences - 3

24 Fraction des formes de vie intelligentes qui développent une civilisation technologique f c : Personnellement, je trouve cette éventualité assez probable je suppose f c ~ 1 (disons 0.25) une étoile tous les ans Notre Galaxie a ~ 10 milliards dannées selon cette estimation, civilisations technologiques auraient pu voir le jour dans notre Galaxie [et la plus proche de nous pourrait (aurait pu) être à ~ 400 AL] Combien pourrait-il y en avoir actuellement ? Cela dépend de la durée de vie moyenne L dune civilisation technologique Recherche dintelligences - 4

25 Premier programme SETI SETI = Search for ExtraTerrestrial Intelligence Recherche dintelligences - 5 = recherche de signaux radio émis (intentionnellement ou non) par des intelligences extraterrestres 1960 : Frank Drake tourne le radiotélescope de Green Bank vers : – τ Ceti : sans résultat – ε Eridani : signal intense mais non reproductible (en fait, signal émis par un avion espion U-2 volant à m au-dessus de lURSS)

26 Difficultés des programmes SETI A quelle(s) fréquence(s) chercher ? Éliminer les signaux parasites (surtout terrestres) Comment séparer les signaux naturels et artificiels ? Reproductibilité Recherche dintelligences - 6 Ci-contre : un signal apparemment artificiel détecté en 2002 (= interférence inhabituelle entre un satellite GPS et une station au sol ?) t ν

27 Programme SETI le plus ambitieux Débute en 1992 (500 e anniversaire de la découverte de lAmérique) Utilise le radiotélescope dArecibo (300 m) à Porto Rico À lorigine, analyse des signaux de 1000 étoiles semblables au Soleil Recherche dintelligences - 7 Interrompu un an plus tard par le Sénat, suite au réquisitoire de deux de ses membres Repris ensuite grâce à des fonds privés. Quantité énorme de données à analyser « Bien sûr quil existe des créatures étranges, des soucoupes volantes et des civilisations avancées dans lespace. Mais nous navons pas besoin de dépenser 6 millions de dollars cette année pour prouver que ces vilaines créatures existent. Il suffit de 75 cents pour acheter un magazine au supermarché. [En coupant ces crédits] nous avons une occasion de prouver quil y a encore une vie intelligente sur Terre. »

28 Résultats des programmes SETI Détections de signaux artificiels Souvent identifiés (sources « terrestres ») Parfois non identifiés mais non confirmés jusquà présent Parfois reproductibles (2 – 3 détections) Méthodologie stricte : pas dannonce « hasardeuse » avant confirmation suffisante (manière de procéder en contraste flagrant avec celle des ufologues) Recherche dintelligences - 8

29 Types de signaux détectables Signal émis intentionnellement vers nous puissant et structuré Recherche dintelligences - 9 Mais quelle en serait la motivation ? Radiocommunications qui séchappent vers lespace plus faible (3D) et plus confus serions-nous capables de le détecter et reconnaître sa nature « intelligente » ? Une civilisation technologique utilise-t-elle nécessairement les communications radio ?

30 Et nous, quavons-nous envoyé ? 16/11/1974 : message de 169 secondes envoyé par le radiotélescope dArecibo vers lamas globulaire M13 situé à AL : Recherche dintelligences - 9 – nombres de 0 à 10 codés en binaire – numéros atomiques de H, C, N, O, P (à la base de la vie sur Terre) – formules chimiques des bases de lADN – organisation spatiale de lADN – petit bonhomme – place de la terre dans le système solaire – antenne dArecibo,…

31 Sommes-nous seuls ? Le paradoxe de Fermi Parmi toutes les civilisations extragalactiques, une dentre elles, si elle a des visées expansionnistes, devrait déjà avoir colonisé la Galaxie Comment ? Supposons quelle envoie des missions spatiales vers 10 planètes habitables et que chacune des 10 colonies envoie à son tour des missions vers 10 nouvelles planètes Recherche dintelligences - 10 Cela peut être très long, mais peu importe Supposons quil faille ans pour atteindre une nouvelle planète, y recréer une civilisation et envoyer 10 nouvelles missions en moins de ans, la Galaxie est colonisée

32 Temps requis pour coloniser la Galaxie En ans, 10 planètes sont colonisées En ans, 100 planètes En ans, 1000 planètes … (croissance exponentielle) En ans, 100 millions de planètes habitables = toute la Galaxie Or, des étoiles 5 milliards dannées plus vieilles que les Soleil ont des environnements propices à la vie parmi les civilisations ET, certaines pourraient avoir des milliards dannées davance sur nous ces ET devraient être là Conclusion de Fermi : ils ne sont pas là, donc nous sommes seuls !!! Recherche dintelligences - 11

33 Solution proposée par Fermi Pour résoudre son paradoxe, Fermi suggère que, au moment où une civilisation acquiert la technologie des voyages spatiaux, elle acquiert aussi les moyens de sautodétruire (contexte de la guerre froide) Si la durée de vie moyenne dune civilisation technologique est inférieure au temps moyen quil faut pour quune telle civilisation apparaisse dans la Galaxie (~ ans dans mon estimation) il peut naître beaucoup de civilisations mais, en moyenne, il ny a quune seule civilisation technologique à la fois dans la Galaxie Recherche dintelligences - 12

34 Sommes-nous si sûrs quils ne sont pas là ? De nombreuses personnes prétendent que : – non seulement des civilisations extraterrestres existent – il nest pas besoin de programmes SETI pour les détecter Sommes-nous visités ? car ils nous rendent visite : Les E.T. sont parmi nous !

35 Preuves de visites extraterrestres ? Objets Volants Non Identifiés Crop Circles Anciens Astronautes Contacts Enlèvements jusquà présent, aucune de ces « évidences » na résisté à un examen sérieux rencontres dextraterrestres = version moderne de vieux mythes Sommes-nous visités ? Probablement pas… Sommes-nous visités ? - 2

36 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 1. Énormité des distances Avec une fusée moderne ( km/h) il faut : 1 jour pour aller jusquà la lune, 1 an pour aller jusque Mars ou Vénus, 20 ans pour traverser le système solaire, ans pour atteindre létoile la plus proche, 4 milliards dannées pour traverser la Galaxie Sil y a ~ civilisations ET dans la galaxie, il faudrait : ~ 20 millions dannées pour atteindre la plus proche ! Sommes-nous visités ? - 3

37 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 1. Énormité des distances (suite) En multipliant encore par 4000 la vitesse de nos fusées (0.1c), il faudrait : 40 ans pour atteindre létoile la plus proche, 1 million dannées pour traverser la Galaxie Sil y a ~ civilisations ET dans la galaxie, il faudrait encore : ~ 5000 ans pour atteindre la plus proche distances trop grandes, voyages trop longs ! Sommes-nous visités ? - 4

38 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 2. Faible probabilité de vie intelligente La vie semble apparaître assez facilement quand les conditions sont remplies Mais il faut peut-être des conditions très spéciales pour que survienne lintelligence (= pour quelle soit un facteur favorable dans la sélection naturelle) Sur Terre, il a fallu plus de 2 milliards dannées pour que la vie passe du stade unicellulaire à un stade plus complexe ! lUnivers fourmille de vie, mais pas dintelligence Et sur Terre ? … Sommes-nous visités ? - 5

39 Solutions possibles au paradoxe de Fermi 3. Faible durée de vie des civilisations technologiques Darwin : les espèces les mieux adaptées survivent Dans un 1 er temps, lintelligence a été un facteur favorable à la survie de lespèce humaine sur Terre Mais, à partir dun certain stade, lhumain est devenu son propre ennemi, et de loin le plus dangereux comment va jouer la sélection naturelle ? extrapolation : Les civilisations technologiques ne survivent pas suffisamment longtemps pour coloniser la Galaxie Sommes-nous visités ? - 6 « Morale » de tout ceci : Nous navons quune Terre et nous ne sommes probablement pas prêts den avoir dautres à nous den prendre bien soin

40 Fin du chapitre… La vie dans lUnivers La vie : quoi et où ? Les exoplanètes Formation des systèmes planétaires Recherche dintelligences Sommes-nous visités ?


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