Chasser des molécules pour trouver des planètes
Publié par Redbran le 20/06/2018 à 12:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
Une équipe internationale d'astronomes dirigée par l'UNIGE rend les planètes visibles grâce à la détection des molécules qui se trouvent à leur surface.


La planète devient visible lorsqu'on cherche de l'eau (H2O) ou du CO. En revanche, comme elle ne possède ni CH4 ni NH3, elle reste invisible, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la...) qui ne possède aucun des quatre éléments (Dans le cadre de la philosophie naturelle, la théorie des quatre Éléments est une façon traditionnelle de décrire et d'analyser le monde.) mentionnés.© UNIGE

Chaque exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil. La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour orbitent autour d'étoiles situées à...) tourne autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) d'une étoile, à l'image de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) autour du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...). C'est pourquoi il est généralement impossible d'obtenir des images d'une exoplanète, tant la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) de son étoile est éblouissante. Une équipe d'astronomes, dirigée par un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et...) de Genève (UNIGE) et membre du NCCR PlanetS, a cependant eu l'idée de détecter certaines molécules présentes à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique, c'est-à-dire sous une...) afin de la rendre visible, à condition que ces mêmes molécules soient absentes de son l'étoile. Grâce à cette technique révolutionnaire, les appareils ne détectent plus que les molécules choisies, rendant l'étoile invisible et permettant aux astronomes d'observer directement la planète. Des résultats à lire dans la revue Astronomy&Astrophysics.

Jusqu'à présent, les astronomes ne pouvaient que très rarement observer directement les exoplanètes qu'ils découvraient, masquées par la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) lumineuse de leur étoile. Seules quelques planètes très éloignées de leur étoile hôte ont pu être distinguées sur une photographie, notamment grâce à l'instrument SPHERE installé sur le Very Large Telescope (VLT) au Chili. Jens Hoeijmakers, chercheur au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne...) de l'Observatoire de la Faculté des sciences de l'UNIGE et membre du NCCR PlanetS, s'est alors demandé s'il serait possible de tracer la composition moléculaire des planètes. "En se focalisant sur des molécules présentes uniquement sur l'exoplanète étudiée et absentes de son étoile de référence, nos appareils parviendraient à "effacer" l'étoile pour ne révéler que l'exoplanète", explique-t-il.

Effacer l'étoile grâce aux spectres moléculaires

Pour tester cette nouvelle technique, Jens Hoeijmakers et une équipe internationale d'astronomes ont utilisé des images d'archives prises par l'instrument SINFONI autour de l'étoile beta (Le genre Beta appartient à la famille des Chénopodiacées, tribu des Cyclolobae.) pictoris, connue pour sa planète géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches...), beta pictoris b. Chaque pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture element, qui signifie « élément...) de ces images contient le spectre de la lumière reçue par ce pixel. Les astronomes combinent ensuite le spectre contenu dans le pixel avec un spectre correspondant à une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un...), de la vapeur () d'eau par exemple, pour voir s'il y a corrélation. S'il y a effectivement corrélation, cela signifie que la molécule est présente à la surface de la planète.

En appliquant cette technique à beta pictoris b, Jens Hoeijmakers constate que la planète devient parfaitement visible lorsqu'il cherche de l'eau (H2O) ou du monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou...) (CO). En revanche, lorsqu'il applique sa technique aux molécules de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des organismes vivants. Il est...) (CH4) et d'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale à base trigonale : l'atome d'azote (N) est au sommet et les trois atomes...) (NH3), la planète demeure invisible, suggérant l'absence de ces molécules à la surface de beta pictoris b.

Les molécules, nouveau thermomètre de planètes

L'étoile beta pictoris, quant à elle, reste invisible dans les quatre situations. En effet, cette étoile est extrêmement chaude et cette température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et...) élevée détruit directement les quatre molécules étudiées. "C'est pourquoi cette technique nous permet non seulement de détecter des éléments à la surface de la planète, mais également de fixer les limites supérieures et inférieures de la température qui y règne" explique l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) de l'UNIGE. Le fait que les astronomes n'arrivent pas à rendre visible beta pictoris b à l'aide des spectres de méthane et d'ammoniac est dès lors cohérent avec la température estimée à 1700 degrés pour cette planète, une température trop élevée pour que ces molécules existent.

"Cette technique en est seulement à ses débuts, s'enthousiasme Jens Hoeijmakers. Elle devrait révolutionner la manière de caractériser les planètes et leurs atmosphères. Nous sommes très impatients de voir ce qu'elle donnera sur les futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) spectrographes comme ERIS sur le Very Large Telescope au Chili ou HARMONI sur l'Extremely Large Telescope qui sera inauguré en 2025, également au Chili", conclut-il.

Référence publication:
Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) est publiée dans
Astronomy&Astrophysics
DOI: 10.1051/0004-6361/201832902

Contacts chercheurs:
- Jens Hoeijmakers - Post-doctorant au Département d'astronomie - Faculté des sciences
- David Ehrenreich - Professeur associé au Département d'astronomie- Faculté des sciences
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