Plantes extrasolaires Exoplantes

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Planètes extrasolairesExoplanètes

• Les nouveaux mondes

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EXOQUOI?

• Août 2006 nouvelle définition dune planète gt
  plus que 8 planètes dans le système solaire
• Une exoplanète tout objet en orbite autour dune
  étoile autre que le Soleil et pas assez massif
  pour que des réactions thermucléaires sallument
  en son centre
• Exoplanète planète extrasolaire

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Et ça existe?

• Nombreuses tentatives de détection depuis la fin
  du 19ème
• Et beaucoup de fausses alertes
• Première découverte solide octobre 1995
• Cest  51 Peg b 

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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 lest du Soleil
• 208 exoplanètes connues au 26 septembre 2006
• 21  systèmes planétaires  cest-à-dire
  plusieurs planètes en orbite autour de la même
  étoile

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Une moisson de planètes
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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 quil ny ait quun ciel, cest
  une chose manifeste

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Des opinions hérétiques

• Il y a dinnombrables soleils
• et dinnombrables terres,
• toutes tournant autour de leur soleil
• comme le font les sept planètes de notre
  système.
• Nous nen voyons que les soleils
• parce quils sont les plus grands et les plus
  lumineux,
• mais leurs planètes nous restent invisibles
• parce quelles sont petites et peu lumineuses.
• Les innombrables mondes de lunivers ne sont pas
  pires
• et moins habités que notre Terre.
• Giordano Bruno De LInfinito Universo e Mundi
  1584)

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Mais le point de vue dominant jusquà la fin du
19ème siècle

• Fontenelle entretiens sur
• La pluralité des Mondes
• (1686)
• Flammarion
• Wells (Guerre des Mondes)
• 1898
• gt Vie dans le système solaire

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Pourquoi si tard?

• On ne peut pas simplement pointer son télescope à
  côté dune étoile et voir

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Voir les exoplanètes?
Problème n1 ?
Soleil
Contraste 5 milliards
Contraste 7 millions
? Problème n2
Terre
Visible
Infrarouge
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En résumé
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Comment détecter les exoplanètes ?

• Ce nest (presque jamais) la lumière de la
  planète que lon détecte
• Méthodes indirectes
• On recherche les petites perturbations que
  provoque la présence dune planètes dans le
  mouvement de létoile
• Vélocimétrie
• Astrométrie
• Ou bien la baisse infime de luminosité que
  provoque le passage de la planète devant létoile
  
• Transit
• Et bien dautres méthodes

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Vélocimétrie

• Effet Doppler
• Masse de la planète à un facteur dinclinaison de
  lorbite près
• Période de révolution
• Excentricité de lorbite
• Distance à létoile (demi grand-axe de lellipse)

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Vélocimétrie une méthode très puissante
Une planète en orbite circulaire
Celle-là ne tourne pas rond
Deux planètes
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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 nest pas assez
sensible pour détecter des ExoTerres
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Observation des transits
Concerne uniquement les systèmes observés par la
tranche, pour lesquels les planètes peuvent
occulter partiellement leur étoile centrale
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Observation des transits

• le rayon de la planète
• Sa densité si elle est aussi observée en
  vélocimétrie

Depuis le sol
Depuis lespace
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Transitsles difficultés
Méthode peu efficace pour une étoile donnée, la
probabilité dobserver un transit est très faible
(moins du 1) gt il faut observer des millions
détoiles ! La baisse de flux lumineux est très
faible (1 dans le cas de Jupiter) Pour les
ExoTerres, il faut observer de lespace
pour arriver à la détecter Quand on observe du
sol, on est interrompu par lalternance jour/nuit,
le mauvais temps
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Le système solaire un modèle

• Deux types de planètes

Géantes
Telluriques
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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 dhydrogène et hélium Noyau
rocheux? Satellites et anneaux
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Le système solaire un modèle

• Deux types de planètes

Géantes
Telluriques
Orbites quasi circulaires
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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
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Le système solaire résumé
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Le système solaire scénario de formation
Nuage interstellaire Gaz et poussières
Disque protoplanétaire et protoétoile
Système planétaire
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Le système solaire scénario de formation
jets
x1000
Chute de gaz
Proétoile disque en rotation
Effondrement dun nuage interstellaire
Formation des planètes
Système planétaire
Un scénario étayé par des observations très
indirectes Difficulté des observations
(poussières)
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Système solaire ?Systèmes exoplanétaires
Exo Terres?
Terre
?
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Système solaire ?Systèmes exoplanétaires
Géantes
Exo Jupiters
Loin du Soleil Géantes Atmosphère
épaisse dhydrogène et hélium Noyau
rocheux? Satellites et anneaux
Toutes distances de létoile Géantes et même
plus Gazeuses Noyau rocheux? Orbites elliptiques
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Exo surprises

• Des planètes de toutes masses
• 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

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Exo Masses
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Exo Masses
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Périodes de révolution
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Périodes de révolution (zoom)
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Périodes ltgt distances
Etoile
Système de U Andromède
Soleil
Système solaire
Jupiter
Terre
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Des orbites excentriques
0 cercle 1 ellipse très allongée
Mercure
Mars
Pluton
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Exo excentriques
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Jupiters chauds et Jupiters brûlants

• Où se sont-ils formés?
• Plus loin de létoile gt migration
• Mais que sest-il passé dans le système solaire?

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Jupiters chauds et Jupiters brûlants

• Pourquoi ne tombent-ils pas dans leur étoile?
• Evaporation

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Jupiters chauds et Jupiters brûlants

• Pourquoi ne tombent-ils pas dans leur étoile?
• Evaporation
• Toujours la même face gt Un climat bizarre

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Quavons-nous appris?

• Plus de 5 des étoiles proches semblables au
  Soleil ont une ou plusieurs planètes géantes
• Beaucoup plus de variété quattendu
• Le système solaire est atypique, mais pas
  exceptionnel

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Les prochaines étapes

• 1995-2010 recherche de planètes géantes
• Vélocimétrie, transits depuis le sol
• 2006-2010 Recherche de superTerres
• Transits depuis lespace COROT, Kepler
• 2020 recherche de planètes habitables
• 2020 recherche de planètes abritant la vie

Détections indirectes
Détections directes
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Pas à pas

• Il nous faut connaître plus de planètes
  telluriques
• Tailles, masses, orbites, masses
• Relation avec létoile
• 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)
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Les prochaines étapes
24 novembre 2006 lancement de COROT à Baïkonour
(CNES)
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Les prochaines étapes

• Mission DARWIN de lESA
• Concept dès 1993
• Détection et recherche de biosignatures

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Principe de DarwinInterférométrie
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Sects. 5.2 et 14.4
concordance de phases
Méthodes directes (les voir) interférométrie
infrarouge  annulante 
Exoplanète
Etoile
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Que fera ton avec Darwin?
 Imagerie 
Analyse spectrale
Vapeur deau, Ozone Dioxyde de carbone
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La détection de biosignatures
Qsuelles peuvent être les caractéristiques dune
vie extraterrestre? à base de carbone modifie
profondèment latmosphère
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La détection de biosignatures
Quelles peuvent être les caractéristiques dune
vie extraterrestre? à base de carbone modifie
profondèment latmosphère
vie
Dioxyde de carbone, eau, ozone
mais
X
vie
Dioxyde de carbone, eau, ozone
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Premières images dexoplanètes
Chauvin et al. 2004)
50
Premières images dexoplanètes
51
Sommes-nous seuls?
Pour conclure, il nous faut des
télescopes beaucoup plus performants pour
trouver des preuves de lexistence de la vie
extraterrestre
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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
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Formule de Drake (1961)
Pour quune 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 Quune vie
intelligente y soit apparue Que cette vie
intelligente ait envie de communiquer Que cette
civilisation dure un certain temps
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Formule de Drake
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Zone habitable dune étoile
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Sommes-nous seuls? Version optimiste

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Sommes-nous seuls? Version pessimiste

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

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