René Heller de l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire a déjà fait remarquer la communauté scientifique lorsque lui et son équipe ont découvert pas moins de 18 exoplanètes auparavant ignorées dans les données du télescope spatial Kepler. Maintenant, ils ont réussi à nouveau, cette fois en trouvant une planète un peu semblable à la Terre en orbite autour d'une étoile semblable au soleil. Quelle est la particularité de la nouvelle méthode du Dr Heller et de son équipe ?

La plupart des exoplanètes ont jusqu'à présent été découvertes en utilisant la méthode dite du transit. Comment fonctionne cette méthode et pourquoi a-t-elle autant de succès ?

René Heller :En utilisant la méthode du transit, nous recherchons les gradations courtes et répétitives d'une étoile, qui sont causées par une planète passant devant l'étoile vue de la Terre. Cet événement est appelé un transit. Lorsque vous regardez une étoile choisie au hasard, cependant, vous ne savez généralement pas s'il y a une planète en transit ou même une planète du tout. Afin de trouver de nouveaux transits, nous devons généralement regarder une étoile très longtemps et sans pause, généralement pendant des semaines et parfois pendant des années. Mais cela ne suffit pas :pour que la méthode de transit fonctionne, nous devons être dans le plan orbital de la planète autour de son étoile, vu de la Terre. En moyenne, ce n'est le cas que pour environ chaque centième exoplanète. Nous devons donc observer des centaines et des milliers d'étoiles en continu.

La méthode du transit n'est donc pas plus prometteuse que les autres méthodes, mais ressemble plutôt à la recherche proverbiale d'une aiguille dans une botte de foin. Son succès repose principalement sur l'observation continue d'un grand nombre d'étoiles par le télescope spatial Kepler de la NASA. Kepler a découvert des milliers d'exoplanètes depuis 2009, au total plus de la moitié de toutes les exoplanètes connues aujourd'hui.

Dans les années récentes, vous avez réussi à améliorer le mode de transit habituel. Quelle est votre astuce ?

Jusqu'à il y a quelques années, les grandes quantités de données qui nous sont transmises par les télescopes ont nécessité de simplifier ici et là nos algorithmes de recherche assistée par ordinateur. En réalité, certains algorithmes de recherche standard ont d'abord dégradé la qualité des données en utilisant ce qu'on appelle le « binning » des données, puis recherché des transits dans les données à basse résolution. Seul cela a permis d'analyser les énormes quantités d'étoiles, chacun avec des années de mesures de luminosité continues dans des périodes de temps tolérables, comme quelques jours ou semaines. Au cours des dernières années, cependant, les progrès de la puissance de calcul nous ont permis d'utiliser un algorithme affiné.

Mon collègue et informaticien Michael Hippke et moi-même avons maintenant affiné la procédure standard pour les recherches de transit d'exoplanètes en s'abstenant simplement de regrouper les données. Une partie de la charge de travail accrue de l'ordinateur peut être absorbée par la puissance du processeur moderne, mais nous avons également dû concevoir le code informatique à partir de zéro pour le rendre aussi efficace que possible. Maintenant, cela fonctionne même sur un ordinateur portable standard. Ainsi, vous pouvez même trouver une exoplanète lors d'un voyage en train avec un ordinateur portable sur les genoux.

Combien d'exoplanètes ignorées avez-vous pu traquer ?

Jusque là, nous avons publié 18 découvertes dans les données Kepler. KOI-456.04 est maintenant la 19e exoplanète que nous ayons identifiée et qui était auparavant négligée par les techniques de recherche standard. En réalité, nous avons détecté encore quelques dizaines de candidats, que nous étudions actuellement plus en détail avant de les signaler à la communauté. Après tout, nous ne voulons pas vendre une erreur de mesure comme une planète. Au-delà de nos propres recherches avec l'algorithme amélioré, nous avons même vu d'autres équipes de recherche télécharger notre code et l'utiliser pour leurs propres recherches. Je ne serais pas surpris si notre algorithme devenait le nouveau standard pour les recherches de transit d'exoplanètes.

Les données du télescope spatial Kepler ont probablement été analysées de manière approfondie et concluante à ce jour. Vous attendez-vous néanmoins à de nouvelles découvertes de planètes plus petites, peut-être aussi grand que la Terre ?

En utilisant des méthodes traditionnelles, les possibilités de trouver des exoplanètes dans les données de Kepler ont probablement été épuisées, Je suis d'accord. Cela dit, nos premières recherches avec notre nouvel algorithme montrent qu'avec cette méthode, il y a encore des découvertes passionnantes à faire dans les données. C'est comme si tout le monde avait balayé les données avec ses balais et que nous collectons maintenant les miettes restantes avec une pelle à poussière et un ensemble de brosses méticuleux. Mais différent des déchets que vous ramasseriez par terre, ce sont ces petites miettes, planètes de la taille de la Terre, qui sont les découvertes les plus précieuses de la science des exoplanètes.

Au cours des neuf années d'exploitation, Kepler a enregistré des données de mesure d'environ 150, 000 étoiles. Comment décidez-vous quelles étoiles valent une seconde, regarder de plus près?

La sélection minutieuse des étoiles à réexaminer était cruciale pour nos précédentes découvertes. Nous avons utilisé une petite mais précieuse astuce :nous n'avons pas choisi au hasard l'un des 150, 000 étoiles de la mission Kepler; au lieu, nous nous sommes concentrés sur la deuxième partie de la mission, la mission dite K2, dans lequel des planètes en transit avaient déjà été découvertes autour d'un total de 517 étoiles. Pour vérifier si notre méthode est vraiment meilleure que les méthodes précédentes, nous avons simplement revisité toutes les mesures de luminosité de ces 517 étoiles et recherché des planètes supplémentaires qui auraient pu être manquées jusqu'à présent.

Par conséquent, nous avons non seulement trouvé toutes les exoplanètes connues auparavant, mais nous en avons aussi découvert 18 nouveaux. Cela peut sembler peu, 18 sur 517. Cependant, il n'y a pas que le nombre de planètes qui compte. Plus important est le fait que toutes nos planètes nouvellement découvertes ont à peu près la même taille que la Terre et donc beaucoup plus petites que la plupart des exoplanètes connues. Bien sûr, c'est pourquoi ils avaient d'abord été manqués.

Après avoir passé au crible les données K2, nous avons maintenant étendu notre recherche aux plus de 4000 courbes de lumière de la première mission Kepler de 2009 à 2013. Et encore une fois, nous avons réussi. Le candidat planétaire de 1,9 rayon terrestre KOI-456.04 autour de l'étoile semblable au soleil Kepler-160 n'est que notre première publication.

Pourquoi parlez-vous de KOI-456.04 comme d'un candidat planétaire ?

Formellement parlant, le signal de cette planète présumée passe l'un de nos tests statistiques avec une probabilité de 85 %. Cela signifie que les chances sont de 85:15, ou presque six contre un, que ce signal est véritablement causé par une planète et non par une variation statistique aléatoire des données ou par un effet instrumental. Six contre un, Je dirais que c'est un bon pari. Mais en tant qu'astronomes, nous voulons que le signal ait une probabilité de 99 %, une chance de quatre-vingt-dix-neuf contre un, avant d'accorder formellement le statut planétaire au candidat. Pour l'instant, KOI-456.04 reste un bon candidat.

Pourquoi est-il important d'examiner de si près un seul système stellaire ? Qu'apprenons-nous d'un cas aussi particulier ?

L'humanité investit des fonds et du travail considérables, mais aussi cœur et âme dans les observations de suivi des exoplanètes ou des candidats planétaires les plus intéressants. Même si les investissements financiers dans la recherche spatiale ne représentent qu'environ un millième du budget militaire, nous ne voulons pas perdre le précieux temps d'observation. En quelques sortes, le temps d'observation d'un télescope au sol et dans l'espace vaut des milliards d'euros ou de dollars et nous voulons certainement éviter de passer ce temps sur une cible d'observation intéressante, pour découvrir que la cible n'existe pas.

C'est pourquoi nous nous sommes donné beaucoup de mal dans notre étude pour déterminer statistiquement l'état de la planète. À proprement parler, cette caractérisation de la planète – ou planète candidate – était de loin la partie la plus chronophage. Mon collègue Michael Hippke et moi avions déjà réussi à découvrir KOI-456.04 en mai 2019, après seulement quelques jours de recherches assistées par ordinateur des données. L'étape suivante, la caractérisation extrêmement complexe du système planétaire autour de l'étoile Kepler-160, Ça a pris longtemps, mais nous avons beaucoup appris en ce qui concerne l'automatisation de nos méthodes. La prochaine fois, nous serons plus rapides et il ne nous faudra pas un an de plus pour procéder à la vérification des candidats après la première détection. Et la bonne nouvelle est que nous avons déjà trouvé quelques dizaines de candidats plus prometteurs dans les données Kepler.