L’un des domaines de l’astrophysique les plus fascinants et les plus en développement est l’étude des planètes extrasolaires, c’est-à-dire des planètes proches d’autres étoiles. Même si au milieu du siècle dernier certains experts pensaient qu’il ne serait jamais possible de détecter ces planètes, encore moins de les voir, depuis la fin des années 80 du siècle dernier, la situation a radicalement changé en quelques années. Nous avons découvert plusieurs planètes et toutes nous ont confondu la tête, car c’étaient des planètes qui, selon les modèles de développement planétaire de l’époque, n’auraient même pas dû exister. Depuis lors, les exoplanètes sont devenues un sujet de recherche très enrichissant, et aujourd’hui nous en connaissons déjà plus de 5 500. Mais aujourd’hui encore, les exoplanètes peuvent nous surprendre, comme le prouve une nouvelle découverte du télescope européen CHEOPS.
Les exoplanètes et ce que nous savons d’elles
Vue d’artiste d’une planète proche d’un pulsar.
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Pendant longtemps, l’idée générale était qu’un système planétaire régulier ressemblerait au système solaire. Ainsi, la disposition des planètes devrait être telle que, plus près de l’étoile, se trouveront des planètes rocheuses solides plus petites, tandis qu’à une plus grande distance, nous trouverons de grandes géantes de gaz et de glace. Mais en 1992, des astronomes ont découvert des planètes à proximité d’un pulsar, vestige d’une explosion massive de supernova. Nous ne savons pas d’où viennent les planètes. Peut-être ont-ils survécu à l’explosion, peut-être se sont-ils formés après l’explosion à partir du matériau éjecté.
Pour ne rien arranger, trois ans plus tard, Michel Mayor et Didier Queloz détectent la première planète d’une étoile de la séquence principale qui est 51 Pegasi. Même cela n’a pas répondu aux attentes des astronomes. C’était une géante gazeuse qui tournait très près de son étoile. Ainsi, les experts ont eu la première preuve que tous les systèmes planétaires ne sont apparemment pas similaires au nôtre. Il semblait même y avoir des catégories entièrement nouvelles de planètes.
Rendu d’artiste du système 51 Pegasi.
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Comme je l’ai mentionné plus haut, nous connaissons déjà aujourd’hui plus de 5 400 exoplanètes et la situation est devenue encore plus compliquée. Il est certainement vrai que tous les systèmes ne sont pas similaires à celui que l’on trouve près du Soleil. Nous avons déjà réussi à détecter des planètes dans des pulsars, des naines rouges, des étoiles semblables au Soleil ou, à l’inverse, des étoiles plus brillantes, et nous connaissons même des représentants de planètes errantes qui ne tournent autour d’aucune étoile et errent indépendamment dans l’espace.
En termes de types de planètes, nous avons déjà détecté les planètes semblables à la Terre qui nous intéressent le plus. Mais il s’est également avéré que les Jupiters dits chauds, où l’on classe les géantes gazeuses en orbite près de leurs étoiles, sont relativement courants, et dans le cas de 51 Pégases, il ne s’agissait pas d’un écart statistique ou d’une coïncidence. Une toute nouvelle catégorie est constituée des soi-disant super Terres ou mini Neptunes, planètes dont la masse est comprise entre la Terre et Neptune. Apparemment, ce type de planète est peut-être même le plus répandu dans la Galaxie.
Statistiques des exoplanètes de 2014. Sur l’axe horizontal se trouve le demi-grand axe de l’orbite de la planète (en unités astronomiques), c’est-à-dire à quelle distance de l’étoile la planète orbite. Sur l’axe vertical on a alors le rayon de la planète.
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Le fait est que l’on peut encore parler d’un certain effet de sélection. La plupart des planètes ont été découvertes grâce à la méthode des vitesses radiales ou grâce à des transits. Dans le premier cas, la vitesse de l’étoile est mesurée dans la direction vers nous, ou loin de nous. Si l’étoile a une planète, elle se rapproche périodiquement de nous et s’éloigne à nouveau, ce que nous pouvons constater grâce au spectre de son rayonnement (grâce aux décalages vers le rouge et le bleu). Dans le second cas, on observe de petits changements dans la luminosité des étoiles qui se produisent lorsqu’une planète passe devant elles.
À première vue, il est évident que les deux méthodes sont particulièrement sensibles à certains types d’exoplanètes. Il est donc fort possible qu’avec le développement d’autres méthodes, nous puissions découvrir de nombreux représentants de planètes d’un type que nous considérons comme moins courant aujourd’hui. À mesure que la technologie s’améliore, nous découvrirons également de plus en plus de planètes de plus en plus petites, ainsi que celles qui sont plus éloignées de leurs étoiles.
Observatoires spatiaux et sonde CHEOPS
Le télescope Kepler pendant la préparation avant le lancement.
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Les astronomes ont découvert une partie non négligeable d’exoplanètes à la surface de la Terre. Mais dès les premières phases de recherche sur ces corps, ils ont pensé qu’il serait avantageux de disposer de leur propre observatoire spécialisé dans l’espace. La première mission test a été la mission française CoRoT, qui a découvert une trentaine de planètes confirmées et plusieurs centaines de candidates. La mission Eddington était censée suivre CoRoT, mais elle a été annulée au grand dam de la communauté des experts.
L’américain Kepler est devenu un autre télescope spatial pour étudier les exoplanètes. Il est probablement inutile de présenter cette mission, tout le monde connaît probablement ses réalisations, il suffit de constater que la plupart des planètes connues ont été découvertes par le télescope Kepler. En outre, il compte également plusieurs milliers de candidats sur son compte, qui, espérons-le, seront confirmés ou infirmés dans un avenir proche. Semblable à Kepler, la sonde américaine de suivi TESS est également présente, peut-être à la seule différence qu’elle a relativement peu de découvertes confirmées jusqu’à présent, mais encore plus de candidats. En nombre, ils se rapprochent même du télescope Kepler.
CHEOPS pendant la phase d’essai.
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Dans le cadre du programme Cosmic Vision, l’Agence spatiale européenne a préparé le satellite caractéristique ExOPlanets (CHEOPS) comme première mission de catégorie S (Small), limitée par un budget de 50 millions d’euros. Il s’agit d’un projet destiné principalement à l’étude de planètes déjà connues. CHEOPS doit déterminer leur taille, leur masse, leur densité, leur composition et d’autres paramètres. Pour cela, il est équipé d’un télescope de type Ritchey-Chrétien d’un diamètre de 30 centimètres. CHEOPS lui-même a alors des dimensions de 1,5 x 1,5 x 1,5 mètres.
Il a été lancé dans l’espace le 18 décembre 2019 par une fusée Soyouz-ST-A lancée depuis le cosmodrome de Kourou en Guyane française. Aux côtés du télescope CHEOPS, le satellite italien d’observation de la Terre COSMO-SkyMed et plusieurs cubesats ont également volé. CHEOPS s’est séparé de l’étage supérieur du lanceur deux heures et 23 minutes après le lancement et est ensuite entré sur une orbite héliosynchrone avec une hauteur de périgée de 712 kilomètres et une hauteur d’apogée de 715 kilomètres, où il se trouve encore aujourd’hui. La phase scientifique de la mission a débuté en avril 2020 et devait initialement durer trois ans et demi. En 2023, il y a cependant eu une prolongation jusqu’en 2026.
Exoplanète Nejodrazivější
Albédo des surfaces individuelles sur Terre.
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La mesure de la réflectivité d’un corps, qu’il s’agisse d’une surface ou d’une atmosphère, est appelée albédo. C’est le rapport entre le rayonnement électromagnétique incident et réfléchi. La valeur de l’albédo est généralement exprimée en pourcentage, c’est-à-dire de 0 à 100 pour cent. L’albédo de la Terre est d’environ 31 %, tandis que celui de la Lune n’est que d’environ 11 %. De tous les corps du système solaire, la lune de Saturne, Encelade, possède l’albédo le plus élevé, à 99 %. Parmi les planètes, elle atteint la valeur la plus élevée, 75 %, de Vénus, grâce à son atmosphère épaisse.
Jusqu’à présent, nous ne connaissons aucune exoplanète approchant ou même dépassant Vénus en termes d’albédo. Mais cela a récemment changé grâce au télescope CHEOPS. Déjà en 2019, l’observatoire TESS avait découvert la planète LTT 9779b à proximité d’une étoile de la séquence principale de type spectral G7V (le Soleil est de type G2V, donc LTT 9779 est légèrement plus froide). Cette étoile est située à environ 264 années-lumière de la Terre en direction de la constellation du Sculpteur dans le ciel étoilé austral.
L’étoile LTT 9779 avec sa planète (à droite).
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Il y a une planète confirmée près de l’étoile, il s’agit de LTT 9779b. Certaines études suggèrent la présence possible d’une deuxième planète, mais cela n’a pas encore été confirmé de manière fiable. LTT 9779b orbite très près de son étoile, ne mettant que 19 heures pour terminer une orbite. La température sur la face cachée atteint donc un incroyable 2000 degrés Celsius, ou selon les mesures du télescope Spitzer, elle est de 2032 degrés (c’était l’une des dernières observations de Spitzer en 2019). La planète a un rayon égal à environ 4,7 fois celui de la Terre et une masse d’environ 29 fois celle de la Terre.
Sur l’axe vertical du graphique on voit la masse des planètes, sur l’axe horizontal leur période orbitale en jours.
Chaque roue représente une planète. Les objets trouvés par la méthode du transit sont représentés en bleu, la méthode de la vitesse radiale est représentée en vert et les autres méthodes en gris. Un cercle plein représente les planètes aux masses assez bien déterminées, les cercles vides celles où l’erreur de mesure est supérieure à 30 %.
Les lignes noires représentent les limites de ce qu’on appelle le désert neptunien et, comme vous pouvez le constater, il n’y a pas beaucoup de planètes à l’intérieur.
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Il ne s’agit donc ni d’un analogue extrêmement chaud de la Terre ni d’un analogue de Jupiter, mais d’une planète la plus proche de Neptune dans ses paramètres. Nous entendons bien sûr par là le poids et la taille. Et c’est plutôt étrange. Quant aux planètes qui tournent autour de leur étoile en moins de 24 heures, on ne connaissait jusqu’à récemment que des géantes gazeuses d’une masse d’au moins dix Terres, ou à l’inverse de petites planètes rocheuses qui ne font qu’environ la moitié de la masse de la Terre. Comme si aucune planète de taille moyenne ne pouvait exister aussi près des étoiles. Techniquement, c’est ce qu’on appelle le désert neptunien.
LTT 9779b représente la première planète connue de cette taille à habiter le désert neptunien. Encore une fois, c’est quelque chose de nouveau, car selon les connaissances des planétologues, de telles planètes ne devraient même pas exister. Mais ce n’est pas tout. Après avoir trouvé une telle planète, nous nous attendrions à ce qu’elle ne soit rien d’autre qu’une roche nue, sans aucune trace d’atmosphère. Mais le LTT 9779b nous a encore une fois époustouflé. Le télescope CHEOPS, qui s’est concentré sur elle, a montré que son albédo atteint 80 %, ce qui signifie que sa réflectivité dépasse même celle de Vénus.
Ambiance étrange
Vue d’artiste de la planète LTT 9779b.
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Mais comment est-ce possible ? Une explication très probable est que la planète possède une atmosphère. C’est encore une fois quelque chose de très surprenant, car avec une température diurne de 2000 degrés Celsius, il serait raisonnable de s’attendre à ce qu’aucune atmosphère ne puisse se former, et encore moins se maintenir pendant une longue période. Les scientifiques sont depuis longtemps intrigués par cette question. Mais ensuite, ils ont pensé que cela pourrait être similaire à la condensation dans la salle de bain après avoir pris une douche chaude. Si vous laissez l’eau chaude couler suffisamment longtemps, l’air deviendra tellement saturé de vapeur d’eau qu’il ne pourra plus en retenir, provoquant ainsi de la condensation et la formation de nuages.
Il est très similaire au LTT 9779b, mais à la différence que, contrairement à l’eau et à la vapeur d’eau, il existe des métaux, notamment le titane et les silicates, qui sont des substances bien connues, par exemple le verre. La combinaison de ces substances a saturé les environs de la planète jusqu’à ce qu’une atmosphère pleine de métaux et de silicates se soit formée. Ainsi, sur LTT 9779b, nous trouvons une atmosphère dans laquelle des gouttes de titane liquide tombent des nuages de métaux sur la surface. Nous connaissons la pluie d’eau ou d’acide sulfurique de notre système, mais le fait que du titane liquide puisse pleuvoir est pour nous une surprise.
Titane presque pur.
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Et c’est cette atmosphère très étrange et exotique qui donne à la planète un albédo si élevé. En conséquence, c’est la planète connue la plus réfléchissante, même comparée au système solaire, puisqu’elle dépasse Vénus de cinq pour cent. Au lieu de la planète attendue sous la forme d’une étoile qui a balayé toute l’atmosphère jusqu’à ce qu’il ne reste plus que de la roche stérile, nous avons eu un monde avec une couverture très dense de nuages métalliques.
C’est la présence d’une couverture nuageuse qui est essentielle, car elle aide la planète à survivre dans l’environnement autrement inhospitalier du désert de Neptunien. Les nuages métalliques agissent comme un gigantesque miroir. Ils provoquent un albédo élevé et empêchent en même temps un réchauffement excessif de la planète, ce qui évaporerait progressivement l’atmosphère puis la planète elle-même. Et comme l’atmosphère (même la planète) contient une forte proportion de métaux, l’atmosphère est assez massive, ce qui rend difficile pour l’étoile de la faire exploser.
Conclusion
La nouvelle découverte du télescope CHEOPS montre très clairement l’importance de cet instrument. De plus, nous voyons clairement qu’il n’est pas bon de continuer à chercher de nouvelles exoplanètes, mais qu’il est logique d’explorer également celles découvertes dans le passé, dont nous savons qu’elles existent. Eux aussi peuvent encore nous apporter beaucoup de connaissances nouvelles et intéressantes. De plus, l’étude de LTT 9779b est extrêmement importante, car grâce à elle, nous connaissons une catégorie de planètes essentiellement nouvelle et commençons à soupçonner comment des planètes de taille moyenne pourraient survivre dans le désert neptunien.
Ressources utilisées et recommandées
Ressources d’images
2024-03-02 02:11:27
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