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Cartographier un monde extraterrestre

Le téléscope spatial SpitzerTraduction de cet article

Par Lisa Chu-Theilbar,

Responsable de la communication scientifique au SETI Institute

Jonathan Fortney, planétologue et astrobiologiste au centre Carl Sagan a quelque chose en commun avec Claudius Ptolémée. Ce sont tout deux des pionniers dans la carthographie des mondes, et ce en dépit du manque de données qu'ils possèdent réellement. Ptolémée, a dessiné il y a deux millénaires les premières cartes les plus connues de la planète Terre en se basant sur les connaissances rudimentaires de l'époque sur moins d'un quart du globe. Jonathan et son équipe ont modélisé une carte rudimentaire de la température d'un monde extraterrestre, la première du genre, avec un ensemble de données beaucoup plus limité. Toujours est-il que cette nouvelle carte représente le premier aperçu d'une planète extrasolaire. Cette carte est représentée ci-dessous (schéma 1).

Shéma 1-Planète HD 189733b. Cette carte représente en blanc la région la plus chaude de la planète. Cette zone chaude est clairement excentrée par rapport au centre de la planète.

La recherche des planètes extrasolaires, celles qui orbitent autour d'autres étoiles en dehors de notre système solaire, s'était intensifiée au cours de la dernière décennie. Depuis la découverte de 51 Pegasi (schéma 2), annoncée à la fin de l'année 1995, environ 216 planètes géantes extrasolaires supplémentaires ont été détectées orbitant autour de leurs étoiles mères dispersées dans l'ensemble de la voie Lactée. Jusqu'ici, ces mondes extraterrestres étaient des géantes gazeuses type Jupiter, pas nécessairement parce que ces géantes abondent dans les environs, mais parce qu'avec les méthodes de détection actuelles, comme un type recherchant ses clefs perdues sous la lumière d'un lampadaire, ce sont les géants que nous sommes capables de trouver.

Shéma 2-Planète 51 Pegasi. Ce graphique montre les données qui ont permis de prouver aux astronomes qu'une planète existait. La ligne montre clairement une « oscillation » provoquée par l'attraction gravitationnelle d'une grande planète sur son étoile mère (51 Pegasi).

Le Dr. Fortney est spécialisé dans les "Jupiters chaud". Ce sont des planètes géantes gazeuses tout comme notre Jupiter mais orbitant très près de leur étoile mère et filant dans l'espace pour effectuer sa période de révolution en quelques jours, contre plusieurs années pour les géantes gazeuses de notre système solaire (11.9 années pour Jupiter et 29.5 pour Saturne, 84 pour Uranus, et 165 pour Neptune). Leurs orbites sont courtes et leur vitesse rapide du fait de leur étroite proximité avec leur étoile. Cette proximité et l'oscillation gravitationnelle que la proximité fait peser sur leur étoile mère, est souvent ce qui nous aide à détecter ces planètes. La proximité explique également la chaleur. En outre, ces « Jupiters chaud » sont inévitablement en rotation synchrone avec leur étoile. C'est-à-dire, que leur période orbitale est identique à leur rotation, et elles présentent toujours la même face à leurs étoiles, tout comme notre Lune fait toujours face à la Terre. Ceci se produit pour des raisons connues liées à l'attraction gravitationnelle qui déforme la planète et rend instable la protubérance avant, la plus grande, par rapport à la protubérance arrière, la plus petite. Cette instabilité est résolue par la rotation synchrone.

La planète HD 189733b a été détectée par le télescope spatial Spitzer de la NASA, un observatoire infrarouge dans l'espace qui observe l'énergie thermique de l'univers (schéma 3). En observant l'espace, Spitzer fût capable d'utiliser une méthode de détection alternative pour découvrir cette nouvelle planète. La méthode s'appelle la photométrie d'un transit. Comme une planète fait le tour de son étoile elle passe devant elle, réduisant légérement la luminosité ou l'intensité lumineuse. En effet, la planète éclipse l'étoile. Si vous continuez à observer un tel système, la réduction de la luminosité se repétera, et vous découvrirez la période de révolution du corps orbital. Spitzer a découvert 3 nouvelles planètes par l'utilisation de cette méthode de détection sans qu'il n'ait été spécifiquement conçu pour celà. En 2008, la mission Kepler de la NASA, spécifiquement étudiée pour et entièrement consacrée à la détection des planètes par photométrie, sera lancée et observera fixement 100.000 étoiles. La sensibilité de Kepler est telle qu'il sera capable de détecter de petites planètes intérieures et rocheuses de type terrestre ainsi que des géantes gazeuses.

Shéma 3- le téléscope spatial Spitzer. Cet observatoire de 0.85 mètres observe au travers des nombreuses poussières et nuages de gaz de l'univers l'énergie infrarouge ou l'énergie thermique qui ne pourrait pas être observée depuis la Terre.

Jonathan et son équipe ont sollicité avec succès la mise à disposition pendant 33 heures continues du précieux temps d'observation du programme Sptizer afin d'obtenir une série de données qui est devenu une carte de la température, la première vraie carte d'une planète extrasolaire. HD 189733b est située à 63 années-lumière et tourne autour de son étoile en 50 heures. Les précédentes modélisations et températures des planètes géantes gazeuses semblaient suggérer que de tels corps étaient très chauds sur la face exposée à l'étoile et beaucoup plus froids sur la face opposée. Ce que Forney et son équipe ont découvert est une température ambiante plus faible que ce qui était prévu et un déplacement intrigant « du point chaud ». La raison qui explique leurs résultats est très certainement la présence de forts vents, de plusieurs kilomètres par seconde transportant l'énergie vers le coté opposé de la planète. L'équipe continue à affiner son modèle pour comprendre ces vents et les mécanismes de transport impliqués.

Les Jupiters chaud sont intéressants pour plusieurs raisons. Ils sont extrêmement lumineux lorsqu'ils sont formés, 1000 fois plus lumineux que les planètes de notre système solaire agées de 4.5 milliards d'années. Nous pourrons un jour mesurer directement l'image de telles planètes. Nous ne comprenons pas encore vraiment leur formation et leur évolution atmosphérique. Nous savons que des géantes gazeuses se composent en grande partie d'hydrogène et d'hélium, les éléments les plus abondants dans l'univers. Dans notre système solaire ces géantes gazeuses se sont formées assez loin du Soleil de telle sorte que ces éléments volatiles ne fassent pas que de se brûler simplement. Que s'est-il passé pour ces planètes nouvellement détectées ? Saturne révèle un "surplus" de luminosité et semble être régit par une source d'énergie interne que Jupiter ne possède pas. Nous ne le comprenons pas encore, mais la mission Cassini, en orbite autour de Saturne continue à fournir un aperçu de cette planète. Comprendre la formation, l'évolution et l'atmosphère de ces géantes gazeuses nous aidera à comprendre la structure et l'évolution des systèmes solaires en général et nous donnera par la suite une idée sur la façon dont les planètes rocheuses se forment et évoluent. Des planètes rocheuses, qui comme la Terre, sont capables de contenir de l'eau liquide et qui pourraient abriter la vie. Maintenant, ça devient vraiment intéressant.

 

Pour en savoir plus :

Le catalogue des planètes extra-solaires