Exoplanètes : Techniques et Découvertes

Exoplanètes : la quête de mondes habitables

« Sommes-nous seuls dans l'Univers ? ». Cette question trotte dans la tête de nos astronomes depuis fort longtemps. Pour répondre à cette question il faut savoir s'il existe ou non d'autres planètes sur lesquelles pourraient se développer d'autres formes de vie d'où la quête aux exoplanètes.

Les exoplanètes sont par définition situées hors de notre système solaire. Vu le grand nombre de galaxies existantes et le grand nombre d'étoiles qu'elles contiennent, la recherche de ces exoplanètes ou planètes extrasolaires, est sans fin. Détecter de telles planètes n'est cependant pas aisé. Elles sont très éloignées de nous, ne produisent pas de lumière et l'étoile autour de laquelle elles tournent, nous aveugle. Le télescope spatial Hubble ne peut voir Pluton que sous la forme d'une petite tâche. Comment donc trouver une planète extrasolaire, des millions de fois plus éloignée que Pluton.

La Terre tourne autour du Soleil mais en réalité, si une étoile est accompagnée d'une seule planète, l'une et l'autre tournent autour du centre de masse du système gravitationnel qu'elles composent. Compte tenu de la masse nettement plus grande de l'étoile, le centre est bien plus proche de cette dernière que de la planète. Même s'il se trouve à l'intérieur de l'étoile, il ne correspond pas exactement au centre de celle-ci.

L'étoile montre donc une certaine variation provoquée par la présence de la planète. Cette technique consiste à discerner ces variations dans le spectre de la lumière émise par l'étoile.

Par effet Doppler, celle-ci apparait plus rouge si elle s'éloigne de l'observateur, plus bleue si elle s'en approche.

Techniques de détection d'exoplanètes dans la Voie lactée

Plusieurs méthodes permettent de détecter les exoplanètes dans notre galaxie. Voici les principales techniques utilisées par les astronomes :

1. Méthode des vitesses radiales (Doppler)

• Détecte les oscillations d'une étoile causées par la gravité d'une planète
• Mesure le décalage Doppler de la lumière stellaire
• Permet de déterminer la masse minimale de la planète

Limitation : plus efficace pour les planètes massives proches de leur étoile.

2. Méthode du transit

• Détecte la baisse de luminosité lors du passage d'une planète devant son étoile
• Permet d'estimer la taille de la planète
• Permet d'étudier les atmosphères par spectroscopie

Limitation : nécessite un alignement parfait entre l'étoile, la planète et l'observateur.

3. Imagerie directe

• Photographie directe des exoplanètes
• Utilise des coronographes pour bloquer la lumière stellaire
• Fournit des informations directes sur la planète

Limitation : efficace surtout pour les planètes jeunes, massives et éloignées.

4. Microlentille gravitationnelle

• Détecte la déformation de la lumière d'une étoile d'arrière-plan
• Peut découvrir des planètes à grande distance
• Capable de détecter des planètes flottantes

Limitation : phénomène unique et non reproductible.

5. Astrométrie

• Mesure les mouvements d'une étoile dans le plan du ciel
• Sensible aux planètes sur de grandes orbites
• Méthode complémentaire aux autres techniques

Limitation : requiert une extrême précision des mesures.

Ces méthodes ont permis de découvrir des milliers d'exoplanètes, révélant la diversité des systèmes planétaires dans notre galaxie.

La chasse aux exoplanètes

La chasse aux exoplanètes consiste à repérer les oscillations des étoiles aux caractéristiques identiques au Soleil.

• Cible principalement les étoiles de type solaire (classe G)
• Détecte les perturbations gravitationnelles causées par les planètes
• Mesure les variations de vitesse radiale des étoiles

Cette chasse se limite principalement aux géantes gazeuses qui tournent autour de leur étoile.

• Les Jupiter chauds sont les plus facilement détectables
• Les planètes massives produisent des oscillations plus marquées
• Les orbites proches génèrent des signaux plus fréquents

L'importance des géantes

La quantité de poussière et de gaz dans une nébuleuse proto solaire, détermine la taille et la quantité de planètes qui vont se constituer à partir de ce disque.

• La masse du disque protoplanétaire conditionne le système planétaire final
• Plus le disque est massif, plus les planètes formées seront grandes
• Les géantes gazeuses se forment dans les régions externes du disque

Si la quantité de poussière et de gaz est très importante, une seconde puis une troisième géante se crée.

• Les systèmes multiples de géantes révèlent des disques protoplanétaires très riches
• Ces systèmes multiples influencent fortement l'architecture planétaire
• Les interactions entre géantes peuvent éjecter des planètes du système