Planètes extrasolaires Exoplanètes Les nouveaux mondes

EXOQUOI? Août 2006: nouvelle définition d’une planète => plus que 8 planètes dans le système solaire Une exoplanète: tout objet en orbite autour d’une étoile autre que le Soleil et pas assez massif pour que des réactions thermucléaires s’allument en son centre Exoplanète = planète extrasolaire

Et ça existe? Nombreuses tentatives de détection depuis la fin du 19ème Et beaucoup de fausses alertes Première découverte solide: octobre 1995 C’est « 51 Peg b »

Et ça existe? 51 Peg b: un « Jupiter chaud » La moitié de la masse de Jupiter Mais tourne autour de son étoile, 51 Peg, en 4 jours Donc 100 fois plus près de son étoile que Jupiter ne l’est du Soleil 208 exoplanètes connues au 26 septembre 2006 21 « systèmes planétaires » c’est-à-dire plusieurs planètes en orbite autour de la même étoile

Une moisson de planètes…

Au 4ème siècle avant JC… Epicure : « Les mondes de même sont en nombre infini, aussi bien ceux qui ressemblent au nôtre que ceux qui en diffèrent » Aristote : « Et qu’il n’y ait qu’un ciel, c’est une chose manifeste»

Des opinions hérétiques… Il y a d’innombrables soleils et d’innombrables terres, toutes tournant autour de leur soleil comme le font les sept planètes de notre système. Nous n’en voyons que les soleils parce qu’ils sont les plus grands et les plus lumineux, mais leurs planètes nous restent invisibles parce qu’elles sont petites et peu lumineuses. Les innombrables mondes de l’univers ne sont pas pires et moins habités que notre Terre. Giordano Bruno De L’Infinito Universo e Mundi 1584)

Mais le point de vue dominant jusqu’à la fin du 19ème siècle… Fontenelle… entretiens sur La pluralité des Mondes (1686) Flammarion… Wells (Guerre des Mondes): 1898 => Vie dans le système solaire

Pourquoi si tard? On ne peut pas simplement pointer son télescope à côté d’une étoile et voir…

Voir les exoplanètes? Problème n°1   Problème n°2 ~ 0.1 arcsec Soleil Contraste 5 milliards Contraste 7 millions  Problème n°2 Terre Visible Infrarouge

En résumé…

Comment détecter les exoplanètes ? Ce n’est (presque jamais) la lumière de la planète que l’on détecte Méthodes indirectes On recherche les petites perturbations que provoque la présence d’une planètes dans le mouvement de l’étoile Vélocimétrie Astrométrie Ou bien la baisse infime de luminosité que provoque le passage de la planète devant l’étoile = Transit Et bien d’autres méthodes

Vélocimétrie Effet Doppler Masse de la planète à un facteur d’inclinaison de l’orbite près Période de révolution Excentricité de l’orbite Distance à l’étoile (demi grand-axe de l’ellipse)

Vélocimétrie: une méthode très puissante Une planète en orbite circulaire Celle-là ne tourne pas rond Deux planètes

Vélocimétrie: une méthode très puissante Mais biaisée: Il est beaucoup plus facile de détecter des planètes massives, en orbite proche de leur étoile Pour détecter des planètes avec des périodes de révolution longues, il faut observer longtemps La méthode n’est pas assez sensible pour détecter des ExoTerres

Observation des transits Concerne uniquement les systèmes observés par la tranche, pour lesquels les planètes peuvent occulter partiellement leur étoile centrale

Observation des transits le rayon de la planète Sa densité si elle est aussi observée en vélocimétrie Depuis le sol Brown et al., 2001 Depuis l’espace

Transits:les difficultés Méthode peu efficace: pour une étoile donnée, la probabilité d’observer un transit est très faible (moins du 1%) => il faut observer des millions d’étoiles ! La baisse de flux lumineux est très faible (1% dans le cas de Jupiter) Pour les ExoTerres, il faut observer de l’espace pour arriver à la détecter Quand on observe du sol, on est interrompu par l’alternance jour/nuit, le mauvais temps…

Le système solaire: un modèle Deux types de planètes Géantes Telluriques

Le système solaire: un modèle Deux types de planètes Géantes Telluriques Près du Soleil Petites Denses Atmosphère peu épaisse Pas/peu de satellites Plus loin du Soleil Géantes Atmosphère épaisse d’hydrogène et hélium Noyau rocheux? Satellites et anneaux

Le système solaire: un modèle Deux types de planètes Géantes Telluriques Orbites quasi circulaires

Le système solaire: un modèle Quelques chiffres Géantes Telluriques Jupiter: Distance = 5,2 ua Période = 11,8 ans Masse MJ = 318 MT 1 unité astronomique 1 ua = 150 millions de km = Distance moyenne Terre Soleil A 1 ua du Soleil, période de révolution = 1 an

Le système solaire: résumé

Le système solaire: scénario de formation Nuage interstellaire: Gaz et poussières Disque protoplanétaire et protoétoile Système planétaire

Le système solaire: scénario de formation jets x1000 Chute de gaz Effondrement d’un nuage interstellaire Proétoile + disque en rotation Formation des planètes Système planétaire Un scénario étayé par des observations très indirectes Difficulté des observations (poussières)

Système solaire ≠ Systèmes exoplanétaires Exo Terres? Terre ?

Système solaire ≠ Systèmes exoplanétaires Géantes Exo Jupiters Loin du Soleil Géantes Atmosphère épaisse d’hydrogène et hélium Noyau rocheux? Satellites et anneaux Toutes distances de l’étoile Géantes et même plus Gazeuses Noyau rocheux? Orbites elliptiques

Exo surprises Des planètes de toutes masses Qui frôlent leur étoile 5 fois la masse de la Terre à 12 fois celle de Jupiter Qui frôlent leur étoile Les Jupiters chauds et brûlants Et ne tournent pas rond Des systèmes planétaires

Exo Masses

Exo Masses

Périodes de révolution

Périodes de révolution (zoom)

Périodes <=> distances Etoile Système de U Andromède Soleil Système solaire Jupiter Terre

Des orbites excentriques 0 = cercle 1 = ellipse très allongée Mars Mercure Pluton

Exo excentriques

Jupiters chauds et Jupiters brûlants Où se sont-ils formés? Plus loin de l’étoile => migration Mais que s’est-il passé dans le système solaire?

Jupiters chauds et Jupiters brûlants Pourquoi ne tombent-ils pas dans leur étoile? Evaporation

Jupiters chauds et Jupiters brûlants Pourquoi ne tombent-ils pas dans leur étoile? Evaporation Toujours la même face => Un climat bizarre

Qu’avons-nous appris? Plus de 5% des étoiles proches semblables au Soleil ont une ou plusieurs planètes géantes Beaucoup plus de variété qu’attendu Le système solaire est atypique, mais pas exceptionnel

Les prochaines étapes 1995-2010: recherche de planètes géantes Vélocimétrie, transits depuis le sol 2006-2010: Recherche de superTerres Transits depuis l’espace: COROT, Kepler 2020: recherche de planètes habitables 2020: recherche de planètes abritant la vie Détections indirectes Détections directes

? Pas à pas… . Il nous faut connaître plus de planètes telluriques Tailles, masses, orbites, masses Relation avec l’étoile Relation avec les géantes du meme système . ? Puis étudier des atmosphères de planètes telluriques Et enfin Rechercher des planètes habitables Rechercher des indices de la présence de vie (biosignatures)

Les prochaines étapes 24 novembre 2006 : lancement de COROT à Baïkonour (CNES)

Les prochaines étapes Mission DARWIN de l’ESA Concept dès 1993 Détection et recherche de biosignatures

Principe de Darwin Interférométrie Recombinaison T2 T1 D D.sinq q Etoile Planète +p 1 arcsec l=10mm, D=10m, q=0.1 arcsec

Sects. 5.2 et 14.4  concordance de phases Méthodes directes (les voir): interférométrie infrarouge « annulante » Exoplanète Fig. 5.5  Etoile opposition de phases

Que fera t’on avec Darwin? « Imagerie » Analyse spectrale Vapeur d’eau, Ozone Dioxyde de carbone

La détection de biosignatures Qsuelles peuvent être les caractéristiques d’une vie extraterrestre? à base de carbone modifie profondèment l’atmosphère

La détection de biosignatures Quelles peuvent être les caractéristiques d’une vie extraterrestre? à base de carbone modifie profondèment l’atmosphère Dioxyde de carbone, eau, ozone vie mais X vie Dioxyde de carbone, eau, ozone

Premières images d’exoplanètes Chauvin et al. 2004)

Premières images d’exoplanètes

Sommes-nous seuls? Pour conclure, il nous faut des télescopes beaucoup plus performants pour trouver des preuves de l’existence de la vie extraterrestre

Sommes-nous seuls? Quelles sont nos chances… …de recevoir des signaux intelligents? Nombre de civilisations « communiquantes » dans notre Galaxie (la Voie Lactée) Formule de Drake

Formule de Drake (1961) Pour qu’une civilisation ait envie de communiquer avec nous … il faut Une étoile Que cette étoile ait au moins une planète Que cette planète soit habitable Que la vie y soit apparue Qu’une vie intelligente y soit apparue Que cette vie intelligente ait envie de communiquer Que cette civilisation dure un certain temps…

Formule de Drake

Zone habitable d’une étoile

Sommes-nous seuls? Version optimiste

Sommes-nous seuls? Version pessimiste

La vie dans le système solaire Calotte polaire Nord de Mars De la glace d’eau Europe, satellite de Jupiter: un océan sous la banquise?

Sommes-nous seuls? Pour conclure, il nous faut encore comprendre pas mal de choses avant de trouver des preuves de l’existence de la vie extraterrestre