Le vaisseau spatial Kepler surveille plus de 156, 000 étoiles. Jusque là, Le célèbre télescope spatial de la NASA a réussi sa chasse aux exoplanètes. Voir plus de photos d'exploration spatiale. Image reproduite avec l'aimable autorisation de la NASA Bien avant les télescopes, les astronomes ou l'histoire écrite, les gens regardaient les "étoiles errantes" que les observateurs ultérieurs appelleraient des planètes. Alors que nous appliquions nos mythes des royaumes lointains à ces corps célestes, nous avons commencé à nous interroger sur la possibilité de la vie sur d'autres mondes, une idée qui nous passionne depuis.
Au cours des dernières décennies, astronomes armés de radiotélescopes, des observatoires orbitaux et d'autres outils de haute technologie puissants ont commencé à répondre à cette question. En 1995, Les astronomes de l'Université de Genève Michel Mayor et Didier Queloz ont annoncé la découverte de la première planète en dehors de notre système solaire, une géante jupiterienne en orbite autour d'une étoile "séquence principale" semblable à notre soleil, 51 Pégase [source :Maire et Queloz]. Depuis, d'autres, y compris les scientifiques de la mission Kepler de la NASA, se sont lancés dans une quête pour en trouver d'autres. exoplanètes , comme les appellent les astronomes. En particulier, ils visent à identifier les rochers, Des orbes semblables à la Terre qui se trouvent dans la soi-disant "zone Boucle d'or" - c'est-à-dire, juste à la bonne distance de leurs étoiles pour avoir des températures de surface qui maintiendraient l'eau liquide, et ainsi au moins rendre possible le développement de la vie [source :Borucki].
Armé de télescopes à la pointe de la technologie et d'autres outils de haute technologie, les astronomes repèrent de nouveaux mondes à une vitesse étonnante. Au début de 2012, les scientifiques de Kepler, qui ont scanné 150, 000 étoiles lointaines à la recherche de signes de planètes en orbite, ont identifié environ 2, 300 "candidats, " ou des objets pouvant être des planètes [source :Brumfiel]. Fin janvier 2012, ils ont annoncé la découverte de 11 nouveaux systèmes planétaires, dont 26 exoplanètes confirmées, qui vont apparemment de planètes rocheuses possibles à environ une fois et demie le rayon de la Terre, aux géantes gazeuses plus grosses que Jupiter. Une étoile, Kepler-33 , a un système solaire de cinq planètes, dont la taille varie d'une fois et demie à cinq fois la taille de la Terre [source :NASA].
Mais ces découvertes ne sont peut-être que la pointe de l'iceberg. Les scientifiques de Kepler estiment qu'il pourrait y avoir jusqu'à 50 milliards d'exoplanètes dans la Voie lactée [source :O'Neill]. Joseph Catanzarite, astronome au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, a déclaré à Space.com en 2011 que jusqu'à 2 milliards d'entre eux pourraient être à l'échelle de la Terre. "Avec ce grand nombre, il y a de bonnes chances que la vie et peut-être même la vie intelligente existe sur certaines de ces planètes, " a-t-il ajouté [source :Choi].
Donc, quels instruments et techniques les scientifiques utilisent-ils pour localiser les exoplanètes, et comment fonctionnent-ils ?
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Chasser des planètes en dehors de notre système solaire, c'est un peu comme essayer de lire un timbre-poste collé à la lampe d'un phare éloigné :les étoiles mères brillent si fort que leur éclat noie tout le reste. Pour compenser, les scientifiques ont mis au point des méthodes ingénieuses pour détecter les exoplanètes en mesurant leurs effets sur leurs étoiles mères.
Une planète influence son étoile de deux manières utiles. D'abord, sa gravité tire légèrement l'étoile d'avant en arrière pendant que la planète tourne autour d'elle. Seconde, la planète bloque une petite quantité de lumière lorsqu'elle passe devant l'étoile (de notre point de vue).
Nous pouvons détecter ces effets en utilisant quelques méthodes pratiques, chacun avec ses propres forces et faiblesses. attaquons-nous astrométrie premier. Alors que la gravité d'une planète en orbite tire sur son étoile mère, cela fait que l'étoile osciller sur son chemin à travers le ciel. Nous pouvons discerner ce mouvement minuscule en mesurant précisément la position de l'étoile. Basé sur période , ou le temps que prend l'étoile pour terminer une oscillation, on peut calculer la période et le rayon de l'orbite de la planète, avec la masse de la planète. L'astrométrie est la meilleure pour trouver des planètes massives avec des orbites éloignées de leurs soleils.
Spectroscopie Doppler utilise également cette poussée et cette traction gravitationnelles, mais alors que l'astrométrie utilise le mouvement latéral relatif de l'étoile, cette méthode utilise le Doppler qui résulte du fait que la planète tire son étoile vers la Terre, puis s'en éloigner. Alors que l'étoile se dirige vers la Terre, sa lumière est comprimée, ou "décalé vers le bleu, " vers les longueurs d'onde les plus courtes du spectre. Au fur et à mesure qu'il s'éloigne de nous, nous voyons les ondes lumineuses s'étendre vers l'extrémité rouge (longueur d'onde plus longue) du spectre. En mesurant le spectre d'une étoile dans le temps, nous pouvons détecter les décalages Doppler causés par une planète ou des planètes déplaçant l'étoile vers et loin de nous.
Les décalages Doppler nous indiquent également que l'étoile vitesse radiale (à quelle vitesse l'étoile se rapproche et s'éloigne de nous). Comme vous pouvez vous y attendre, des vitesses radiales plus grandes signifient des planètes plus grosses. En fonction de la masse de l'étoile et de la période du décalage, on peut aussi calculer le rayon orbital de la planète. Cette méthode est la mieux adaptée pour détecter les planètes massives situées à proximité de leur étoile mère, et il ne peut qu'estimer la masse minimale de telles planètes.
Photométrie ne recherche pas les oscillations ou les décalages. Au lieu, il surveille l'atténuation révélatrice de la luminosité d'une étoile qui se produit lorsqu'une exoplanète en orbite transits , ou passe entre elle et nous.
La combinaison des trois méthodes permet aux astronomes de développer une image beaucoup plus claire de ces planètes. Prochain, nous explorerons comment la mission Kepler utilise la photométrie pour effectuer un recensement stellaire des planètes potentiellement habitables.
Kepler est la première mission de la NASA capable de trouver des planètes de la taille de la Terre autour d'autres étoiles. Son objectif principal est de générer une estimation de base, ou recensement, du nombre de telles planètes en orbite dans des zones habitables, où les conditions sont réunies pour que l'eau liquide existe.
L'ensemble d'instruments ne tourne pas autour de la Terre dans un satellite :il est logé dans un vaisseau spatial de 9 pieds (2,7 mètres) de diamètre et 15,3 pieds (4,7 mètres) de haut qui orbite autour du soleil, à la traîne de notre planète natale.
Kepler utilise un télescope à très grand champ et un photomètre (luxmètre) pour mesurer les variations de luminosité dans plus de 156, 000 étoiles simultanément [source :Ames Research Center, La NASA trouve des planètes candidates de la taille de la Terre]. Il prend ces lectures toutes les 30 minutes car les transits peuvent nécessiter d'une heure à une demi-journée, selon l'orbite de la planète et le type d'étoile impliqué.
Les scientifiques de la mission utilisent également des données spectroscopiques provenant d'observatoires au sol pour aider à confirmer les planètes candidates et utiliser les observations stellaires pour éliminer d'autres facteurs de confusion, comme les étoiles binaires (une paire d'étoiles qui tournent autour d'un centre de masse commun).
Le quartier Cygnus-Lyra a été choisi comme zone d'étude car il est bien peuplé d'étoiles et se situe suffisamment haut au-dessus du plan orbital de la Terre pour que le soleil, La Terre et la Lune ne gêneront pas les observations de Kepler. Les étoiles sont entre 600 et 3, à 000 années-lumière. De notre point de vue, ils couvrent une superficie équivalente à 1/400 du ciel [source :Harwood].
Kepler détecte les planètes via la méthode photométrique ou transit, ce qui signifie qu'il détecte la petite baisse de luminosité d'une étoile qui se produit lorsqu'une planète en orbite passe entre son étoile et nous. Une fois que l'analyse des données a identifié un événement de gradation, les scientifiques recherchent d'autres baisses de la même ampleur, durée et période pour confirmer l'existence de la planète.
Ce n'est pas une mince affaire :une planète de la taille de la Terre croisant devant une étoile de la taille du soleil diminue sa lumière de seulement 0,01 %. Les gens de la NASA aiment dire que détecter un si petit creux, c'est comme repérer une puce rampant sur un phare à plusieurs kilomètres de distance. Les planètes de la taille de Jupiter projettent une ombre plus grande. Toutefois, vu de l'extérieur de notre système solaire, Le transit de Jupiter ne diminue la luminosité de notre soleil que de 1 à 2 % [source :Ames Research Center, FAQ].
Il y a plus. Pour que la méthode de transit fonctionne, une planète doit passer presque parfaitement le long de notre ligne de mire, dont les chances sont d'environ 0,5 % pour une planète de la taille de la Terre (sur une orbite de la taille de la Terre) et de 10 % pour une planète de la taille de Jupiter (si elle orbite près de son étoile) [source :Ames Research Center, FAQ].
Pour le dire autrement :même si nous avons vérifié 100, 000 étoiles qui avaient en fait des planètes semblables à la Terre, nous ne serions capables d'en "voir" que 500 via la méthode du transit. En utilisant des probabilités comme celles-ci, les scientifiques peuvent estimer la population de la planète de notre galaxie à partir des observations de Kepler.
La zone Boucle d'orPour qu'une planète soit propice à la vie, un certain nombre de facteurs doivent être « justes ». Un bon candidat devrait être une planète terrestre (rocheuse). Idéalement, il devrait mesurer entre la moitié et le double de la taille de la Terre, mais l'important est qu'il soit suffisamment massif pour contenir une atmosphère, mais pas au point de se transformer en géante gazeuse comme Jupiter ou en géante de glace comme Neptune.
Il doit également être situé dans la zone habitable, à une distance de l'étoile mère où la température de surface ne gèlera pas l'eau liquide ou ne la fera pas bouillir. L'emplacement de cette zone varie selon les caractéristiques de l'étoile.
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Avant l'arrivée de Kepler, l'écurie des planètes lointaines localisées par les astronomes se comptent par dizaines et centaines, pas des milliers. Néanmoins, c'était un nombre extraordinaire compte tenu des limitations rencontrées par les scientifiques utilisant les instruments disponibles - en particulier les télescopes au sol, qui obligent les chercheurs à compenser les distorsions atmosphériques.
Entre 2005 et 2008, les chercheurs ont découvert cinq super-Terres, chacun se vantant de masses entre cinq et 10 fois celle de la Terre.
En 2008, des astronomes utilisant la caméra proche infrarouge et le spectromètre multi-objets du télescope spatial Hubble ont détecté pour la première fois du dioxyde de carbone sur une exoplanète. La méthode consistait à soustraire les données spectroscopiques de l'étoile mère des données combinées de l'étoile et de la planète. Malheureusement, l'exoplanète de la taille de Jupiter HD 189733b orbite trop près de son étoile pour être habitable, mais la technique pourrait fournir des informations précieuses si elle était appliquée à d'autres candidats habitables. Les scientifiques s'intéressent au dioxyde de carbone parce qu'il, comme le méthane, peut indiquer des processus biologiques.
En 2009, les astronomes ont signalé la première exoplanète jamais découverte par astrométrie, l'ajoutant à la liste des 350 planètes précédemment trouvées par la méthode de décalage Doppler. Si cela avait été confirmé, VB 10b aurait fait pencher la balance à six fois plus massive que Jupiter. Cependant, les observations de spectroscopie Doppler ultérieures n'ont pas réussi à détecter les changements de vitesse radiale attendus dans son étoile mère, VB 10, et l'allégation a été réfutée [source :Bean].
Cette même année, en utilisant six mois d'observations à partir de télescopes au sol de type amateur, les scientifiques ont annoncé GJ 1214b , une planète 6,5 fois plus massive que la Terre et 2,7 fois plus large. Les chercheurs pensent que la planète pourrait être composée principalement d'eau. GJ 1214b orbite autour d'une étoile naine rouge à plus de 40 années-lumière de la Terre à une distance équivalente à un quarantième de l'espace entre Mercure et notre soleil.
Quelles découvertes ont été faites en 2010 et 2011 ?
Missions futuresLes conclusions de Kepler soutiendront deux missions prévues - la Mission d'interférométrie spatiale (SIM) et le Localisateur de planètes terrestres (TPF) -- en déterminant quels types d'étoiles proches sont susceptibles de posséder des planètes. Cette information indiquera à SIM et TPF où pointer leurs instruments.
Les deux missions utiliseront une technique appelée interférométrie nulle pour annuler l'éblouissement d'une étoile cible et révéler les planètes en orbite. Deux télescopes regardent la même étoile, mais la lumière d'un télescope est déphasée d'un demi-pas avec la lumière de l'autre avant qu'elles ne soient combinées, les obligeant à s'annuler. Inversement, la lumière de la planète est combinée d'une manière qui renforce son signal.
TPF combine ses observations interférométriques avec les données d'un coronographe , qui annule l'éblouissement en bloquant la lumière directe de l'étoile avec un objet physique de sorte que seule la couronne de l'étoile soit visible, comme un pilote bloquant le soleil avec son pouce. Avec la majeure partie de l'éblouissement réduite, les planètes en orbite deviennent plus visibles.
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Le point de vue d'un artiste sur le système planétaire Kepler-11 et notre système solaire d'un point de vue incliné. Cette perspective aide à montrer que les orbites de chacun se trouvent sur des plans similaires. Image reproduite avec l'aimable autorisation de la NASA En mars 2010, les chercheurs ont annoncé une autre étape importante :une planète semblable à Jupiter 1, 500 années-lumière de la Terre qui était relativement froide et qui pouvait être étudiée en détail. Parce que le satellite COROT l'a découvert, il a été doublé COROT-9b . Des travaux antérieurs avaient déjà trouvé d'autres planètes cool, mais COROT-9b a été le premier à transiter entre son étoile et la Terre. Cela signifiait que les scientifiques pouvaient étudier à la fois sa taille (à partir de la diminution de la lumière de son étoile mère) et sa composition atmosphérique (à partir de la façon dont la lumière des étoiles interagissait avec elle lorsqu'elle traversait son atmosphère) [source :ESA].
COROT-9b se trouve dans la zone habitable de son étoile mais, parce que c'est un monde gazeux, les scientifiques ne le considèrent pas susceptible d'être hospitalier à la vie. Son atmosphère peut contenir de l'eau, cependant, et une si grande planète pourrait également arborer une lune habitable [source :ESA].
Fin septembre 2010, un groupe d'astronomes aux États-Unis utilisant des données spectroscopiques d'instruments au sol a annoncé la découverte d'une planète potentiellement hospitalière, Gliese 581g , en orbite autour de l'étoile Gliese 581 à seulement 20 années-lumière. L'annonce a suscité un enthousiasme généralisé parce que la planète a été trouvée si près de la Terre, et seulement 15 ans après que les astronomes aient identifié les premières exoplanètes. Peu de temps après l'annonce, cependant, des groupes scientifiques ont commencé à mettre en doute la découverte [source :Wall].
Les chercheurs avaient déjà trouvé des preuves pour d'autres planètes dans le même système de naines rouges, dont deux ( Gliese 581d et Gliese 581e ) orbitaire en marge de la zone habitable. Donc, lequel des enfants de Gliese 581 remporterait la couronne en tant que meilleur candidat jamais trouvé pour soutenir la vie ? Le problème était trop compliqué pour être résolu facilement. Détecter des planètes par spectroscopie nécessite d'atténuer le bruit inhérent aux données d'observation, puis de déterminer les hypothèses à utiliser. Les mêmes données peuvent justifier un nombre différent de planètes selon que vous supposez des orbites excentriques (hautement elliptiques) ou presque circulaires. Les scientifiques n'avaient pas encore atteint un consensus au moment de la rédaction de cet article.
Janvier 2011 a vu la mission Kepler confirmer la découverte de sa première planète rocheuse, estimé à 1,4 fois la taille de la Terre. Situé bien en dehors de la zone habitable, Kepler-10b se distingue comme la plus petite planète découverte en dehors de notre système solaire à ce jour.
Et en février 2011, Les scientifiques de Kepler ont annoncé la découverte de cinq planètes, chacun orbitant dans les zones habitables d'étoiles plus petites et plus froides que notre soleil. Si confirmé, ceux-ci représenteront les premières planètes de taille semblable à la Terre trouvées dans des zones habitables. Ce même mois, Kepler a localisé six planètes confirmées en orbite autour d'une étoile semblable au soleil, Kepler-11, 2, 000 années-lumière de la Terre. Cela constitue le plus grand groupe de planètes en transit en orbite autour d'une seule étoile jamais découverte en dehors de notre système solaire [source :NASA].
Bien que ces découvertes aient été capitales, il est important de se rappeler que Kepler n'a jusqu'à présent fouillé qu'une petite fraction de l'univers connu. Il se pourrait bien que dans les années à venir, les scientifiques feront des découvertes encore plus étonnantes - y compris, peut-être, une planète semblable à la Terre qui abrite des êtres vivants.
