Figure 1 :Ce collage résume la recherche. En utilisant le télescope réflecteur Okayama de 188 cm et l'instrument d'observation MuSCAT (Voir photo réelle en bas à gauche.), les chercheurs ont réussi à observer la planète extrasolaire K2-3d, qui a à peu près la même taille et la même température que la Terre, passer devant son étoile hôte en bloquant une partie de la lumière provenant de l'étoile (Voir visualisation artistique en haut.), ce qui fait qu'il semble s'assombrir (Voir les données réelles en bas à droite). Crédit :NAOJ
Un groupe de chercheurs de l'Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ), l'Université de Tokyo, et le Centre d'astrobiologie, entre autres, a observé le transit d'une planète extrasolaire potentiellement semblable à la Terre connue sous le nom de K2-3d à l'aide de l'instrument MuSCAT sur le télescope de 188 cm de l'Observatoire d'astrophysique d'Okayama. Un transit est un phénomène dans lequel une planète passe devant son étoile mère, bloquer une petite quantité de lumière de l'étoile, comme une ombre de la planète. Alors que des transits ont déjà été observés pour des milliers d'autres planètes extrasolaires, K2-3d est important car il est possible qu'il abrite une vie extraterrestre.
En observant précisément son transit à l'aide de la prochaine génération de télescopes, tels que TMT, les scientifiques s'attendent à pouvoir rechercher dans l'atmosphère de la planète des molécules liées à la vie, comme l'oxygène.
Avec seulement les observations précédentes du télescope spatial, cependant, les chercheurs ne peuvent pas calculer avec précision la période orbitale de la planète, ce qui rend plus difficile la prévision des heures exactes des futurs transits. Ce groupe de recherche a réussi à mesurer la période orbitale de la planète avec une précision élevée d'environ 18 secondes. Cela a grandement amélioré la précision des prévisions pour les futurs temps de transit. Alors maintenant, les chercheurs sauront exactement quand surveiller les transits en utilisant la prochaine génération de télescopes. Ce résultat de recherche est une étape importante vers la recherche d'une vie extraterrestre dans le futur.
K2-3d
K2-3d est une planète extrasolaire à environ 150 années-lumière qui a été découverte par la mission K2 de la NASA (la "seconde lumière" du télescope Kepler) (Note 1). La taille de K2-3d est 1,5 fois la taille de la Terre. La planète orbite autour de son étoile hôte, qui fait la moitié de la taille du Soleil, avec un délai d'environ 45 jours. Par rapport à la Terre, la planète orbite près de son étoile hôte (environ 1/5 de la distance Terre-Soleil). Mais, parce que la température de l'étoile hôte est inférieure à celle du Soleil, les calculs montrent que c'est la bonne distance pour que la planète ait un climat relativement chaud comme celui de la Terre. Il est possible que de l'eau liquide existe à la surface de la planète, soulevant la possibilité alléchante de la vie extraterrestre.
Figure 2 :Planètes en transit situées dans la zone habitable (la région orbitale où une planète pourrait retenir de l'eau liquide à la surface), tracé en termes de rayon de la planète par rapport à la magnitude de l'étoile hôte (luminosité). Les cercles noirs représentent les planètes confirmées découvertes par la mission Kepler et les cercles blancs représentent les planètes candidates non confirmées. Les triangles oranges représentent les planètes de la taille de la Terre TRAPPIST-1c et TRAPPIST-1d observées à 40 années-lumière par un télescope au sol. TRAPPIST-1c et TRAPPIST-1d sont censés être juste en dehors de la zone habitable, mais ils sont tracés pour référence. L'étoile hôte de K2-3d (étoile rouge) est la plus brillante de cette figure. Crédit :NAOJ
L'orbite de K2-3d est alignée de sorte que, vue de la Terre, il transite (passe devant) son étoile hôte. Ce qui provoque, court, diminutions périodiques de la luminosité de l'étoile, car la planète bloque une partie de la lumière de l'étoile. Cet alignement permet aux chercheurs de sonder la composition atmosphérique de ces planètes en mesurant avec précision la quantité de lumière stellaire bloquée à différentes longueurs d'onde.
Environ 30 planètes potentiellement habitables qui ont également des orbites en transit ont été découvertes par la mission Kepler de la NASA, mais la plupart de ces planètes orbitent plus faiblement, étoiles plus lointaines. Parce qu'elle est plus proche de la Terre et que son étoile hôte est plus brillante, K2-3d est un candidat plus intéressant pour des études de suivi détaillées (voir Figure 2). La diminution de luminosité de l'étoile hôte causée par le transit de K2-3d est faible, seulement 0,07 %. Cependant, il est prévu que la prochaine génération de grands télescopes (Note 2) sera capable de mesurer comment cette diminution de luminosité varie avec la longueur d'onde, permettant d'étudier la composition de l'atmosphère de la planète. Si la vie extraterrestre existe sur K2-3d, les scientifiques espèrent pouvoir détecter des molécules qui lui sont liées, comme l'oxygène, dans l'atmosphère.
Observations MuSCAT et améliorations des éphémérides de transit
La période orbitale de K2-3d est d'environ 45 jours. Étant donné que la période d'enquête de la mission K2 n'est que de 80 jours pour chaque zone du ciel, les chercheurs n'ont pu mesurer que deux transits dans les données K2. Ce n'est pas suffisant pour mesurer précisément la période orbitale de la planète, Ainsi, lorsque les chercheurs tentent de prédire l'heure des futurs transits, créer ce qu'on appelle une "éphéméride de transit, " il y a des incertitudes dans les temps prédits. Ces incertitudes augmentent à mesure qu'ils essaient de prédire plus loin dans le futur. Par conséquent, des observations de transit supplémentaires précoces et des ajustements aux éphémérides ont été nécessaires avant que les chercheurs ne perdent la trace du transit. En raison de l'importance de K2-3d, le télescope spatial Spitzer a observé deux transits peu après la découverte de la planète, portant le total à quatre mesures de transit. Cependant, l'ajout même d'une seule mesure de transit plus loin dans le futur peut aider à produire une éphéméride considérablement améliorée.
Figure 3 :Écart du temps de transit prévu par rapport aux éphémérides de transit K2-3d améliorées sur la base de cette recherche. La ligne rouge continue indique les heures prévues sur la base de cette recherche, la zone ombrée montre la plage d'incertitude. Carrés, Triangles, et les cercles sont respectivement les données de temps de transit du télescope Kepler, Télescope spatial Spitzer, et le dernier instrument d'observation MuSCAT sur le télescope réflecteur Okayama de 188 cm. Les marques grises montrent les valeurs calculées dans la recherche précédente et les marques noires représentent les valeurs recalculées dans cette recherche. Les lignes pointillées violettes et oranges sont les éphémérides de transit calculées dans les recherches précédentes en utilisant les données K2 et K2+Spitzer, respectivement. Cette recherche a réussi à corriger les prévisions pour les temps de transit 2018 de plus d'une heure. Crédit :NAOJ
En utilisant le télescope réflecteur Okayama de 188 cm et le dernier instrument d'observation MuSCAT, l'équipe a observé un transit de K2-3d pour la première fois avec un télescope au sol. Bien qu'une diminution de 0,07% de luminosité soit proche de la limite de ce qui peut être observé avec des télescopes au sol, La capacité de MuSCAT à observer trois bandes de longueurs d'onde simultanément a amélioré sa capacité à détecter le transit. En réanalysant les données de K2 et Spitzer en combinaison avec cette nouvelle observation, les chercheurs ont grandement amélioré la précision des éphémérides, déterminer la période orbitale de la planète à environ 18 secondes (1/30 de l'incertitude d'origine). Cette amélioration des éphémérides de transit (Figure 3) garantit que lorsque la prochaine génération de grands télescopes sera en ligne, ils sauront exactement quand surveiller les transits. Ainsi, ces résultats de recherche aident à ouvrir la voie à de futures enquêtes sur la vie extraterrestre.
Travail futur
La mission NASA K2 se poursuivra au moins jusqu'en février 2018, et devrait découvrir plus de planètes potentiellement habitables comme K2-3d. Par ailleurs, le successeur de K2, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), sera lancé en décembre 2017. TESS scrutera tout le ciel pendant deux ans, et devrait détecter des centaines de petites planètes comme K2-3d près de notre système solaire. Pour caractériser une « seconde Terre » à l'aide de la prochaine génération de grands télescopes, il sera important de mesurer les éphémérides et les caractéristiques des planètes avec des observations de transit supplémentaires à l'aide de télescopes au sol de taille moyenne. L'équipe continuera à utiliser MuSCAT pour les recherches liées à la recherche future de la vie extraterrestre.
