Exoplanètes

Les exoplanètes ou la quête d'autres mondes

exo001Après des siècles de spéculation à propos de l'existence d'autres mondes dans l'Univers, la première planète extrasolaire (exoplanète) en orbite autour d'une étoile de type solaire fut détectée en 1995. Cette planète géante gazeuse, 51 Peg b, a été détectée indirectement par la mesure des variations de vitesse radiale de l'étoile hôte, cette dernière orbitant autour du centre de masse du système planète-étoile. 51 Peg b est en fait située à seulement 0.05 unité astronomique de son étoile. A une distance aussi faible, la planète est fortement chauffée par la radiation stellaire de l'hôte, faisant de cet objet le prototype de ce que l'on appelle maintenant un Jupiter chaud.

 

exo002Depuis 1995, plus de 500 exoplanètes ont été détectées par la méthode des vitesses radiales. Grâce à l'amélioration constante de leur sensibilité, les suivis en vitesses radiales sont maintenant capables de détecter des planètes de quelques masses terrestres, appelées super-Terres (définies de manière générale comme des planètes entre 2 et 10 masses terrestres). Malheureusement, la méthode des vitesses radiales seule mène à une connaissance relativement limitée de la planète détectée, notamment à une valeur minimale de sa masse (si la masse de l'étoile hôte est connue), mais ne permettant pas de déterminer sa taille, sa structure ou ses propriétés atmosphériques. Cependant, la découverte de nombreuses planètes grâce à cette méthode a révélé la diversité des systèmes planétaires dans notre Galaxie et l'importance de la migration à travers les disques protoplanétaires durant leur formation.

 

exo003C'est en 1999 que fut découverte la première exoplanète en transit, c'est-à-dire éclipsant périodiquement son étoile. Cette détection a permis, pour la première fois, l'accès aux propriétés physiques d'une exoplanète. Les planètes en transit sont une grande source d'information. On peut mesurer avec précision l'inclinaison orbitale et le rapport entre le rayon de la planète et celui de son étoile. De plus, si la planète est aussi détectée en vitesse radiale et qu'une estimation de la masse stellaire est disponible, on peut obtenir à la fois la masse et le rayon absolus de la planète. La densité moyenne que l'on en déduit, combinée avec des modèles planétaires, permet d'obtenir des renseignements sur la composition interne de la planète. En outre, la configuration géométrique particulière de l'orbite donne la possibilité d'étudier directement l'atmosphère planétaire sans avoir à résoudre spatialement la planète et son étoile hôte. En effet, les mesures photométriques et spectroscopiques obtenues quand la planète est cachée par son étoile permettent de caractériser son émission thermique et d'étudier sa composition et sa physique atmosphérique. Des mesures similaires, effectuées quand la planète transite devant son étoile, permettent de détecter certains atomes et molécules dans son atmosphère. Les planètes en transit ont permis l'émergence d'un nouveau domaine de recherche: l'exoplanétologie.

 

exo004exo005Notre groupe de recherche utilise, entre autres, le télescope TRAPPIST pour détecter et caractériser des planètes extrasolaires en utilisant la photométrie différentielle de haute précision. Les recherches suivantes sont ainsi entreprises:

  •  La recherche de transits de planètes détectées par la méthode des vitesses radiales, principalement par les programmes HARPS et CORALIE qui ont également lieu à l'Observatoire de La Silla. Pour les étoiles naines rouges suivies par HARPS, TRAPPIST est capable de détecter les transits de planètes telluriques dont la taille est proche de celle de notre Terre.
  • Le suivi photométrique des candidats planètes découverts par les programmes de recherche de transits CoRoT et SuperWASP, le but étant de confirmer les transits et de discriminer les réelles exoplanètes des étoiles binaires à éclipses.
  • La caractérisation des planètes en transit confirmées par la photométrie à haute précision des éclipses. Les courbes de lumière des transits obtenues par TRAPPIST sont utilisées pour déterminer précisément la taille de la planète. Pour les Jupiters chauds, qui sont très fortement irradiés par leur étoile hôte, l'émission planétaire qui est bloquée durant l'occultation peut être détectée dans l'infrarouge proche par TRAPPIST. De telles mesures peuvent contraindre la température, l'efficacité de distribution de chaleur, la composition et l'albédo de l'atmosphère planétaire.
  • La détection de planètes de faible masse autour de naines rouges en combinaison avec HARPS.
  • La recherche de nouvelles planètes dans les systèmes en transit connus.