Confirmée, une loi universelle ouvre des perspectives pour les exoplanètes
Publié par Adrien le 18/10/2018 à 08:00
Source: Observatoire de Paris
Partant de l'analyse fine des émissions radio entre Jupiter et son satellite Io, des astrophysiciens de l'Observatoire de Paris - PSL apporte une confirmation claire de la loi "radio-magnétique" qu'ils avaient théorisée entre 2001 et 2007. Extrapolée aux exoplanètes, celle-ci ouvre des perspectives optimistes quant à leur détection en radio.

Il peut sembler étrange que les émissions radio produites par les lunes de planètes magnétiques aient un lien avec les exoplanètes. C'est pourtant la démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de propositions...) convaincante à laquelle se livre une équipe scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) menée par Philippe Zarka, directeur de 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, la recherche scientifique désigne également...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), au Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il...), dans un article paru dans la revue Astronomy & astrophysics, le 16 octobre 2018 (1).


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) de Io, Jupiter en arrière-plan.

Dans le Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les huit...), toutes les planètes magnétisées (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 planètes...), Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) produisent d'intenses émissions radio naturelles, dans le domaine des basses fréquences (au maximum quelques dizaines de MHz), du fait de leur interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec le vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute atmosphère du Soleil. Pour les étoiles autres que le Soleil, on parle...).

En outre, depuis 1964, on sait que le satellite (Satellite peut faire référence à :) Io interagit avec la magnétosphère (La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans lequel les phénomènes physiques sont dominés ou organisés par son champ magnétique.) de Jupiter, donnant lieu, là encore, à de puissantes émissions radio.

En 2017, l'équipe scientifique a pu caractériser finement l'émission radio du couple "Io-Jupiter" (2), en procédant à l'analyse approfondie des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) accumulées sur 26 ans à Nançay avec le radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises par les astres. Ces ondes radio, bien que plus...) basses fréquences - le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) décamétrique - de la station de radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes radio. C'est une science relativement jeune qui a fait ses débuts dans les années 1930.) de l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...).

En poursuivant l'analyse détaillée de cette base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans un...) unique, les chercheurs ont clairement mis en évidence d'autres émissions radio, cette fois issues de l'interaction entre Jupiter et son satellite Ganymède.

Si leur existence avait déjà été identifiée l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) dernière (3), l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) n'en avait pas encore été mesurée. C'est désormais chose faite. Dans leur étude, les chercheurs apportent des valeurs précises sur la durée et l'intensité de ces émissions, déterminant ainsi leur puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :).

"Radio-magnetic scaling law"

L'étude comparée entre la puissance des émissions radio "Ganymède-Jupiter", celle "Io-Jupiter", puis celle des émissions radio des cinq planètes magnétisées montre que dans tous les cas, la puissance radio émise est proportionnelle au flot d'énergie magnétique qui impacte l'obstacle.

Dans les cas "Io-Jupiter" et "Ganymède-Jupiter", le flot provient du champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la...) de Jupiter en rotation et l'obstacle est le satellite. Dans les cas des magnétosphères planétaires, le flot provient du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique solaire en expansion, et l'obstacle est 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...).

Extrapolation au domaine des exoplanètes

Si des milliers d'exoplanètes sont aujourd'hui connues, elles sont essentiellement détectées en optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.).

L'équipe scientifique a démontré (4) que leur détection en radio permettrait d'apporter des indications très importantes sur:
- Leur rotation;
- Le fait qu'elle soit synchrone ou non (comme la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant...) face à la Terre);
- L'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il décrit l'angle entre le plan de l'orbite et le plan de référence (généralement...) de leur orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.);
- L'existence ou pas d'un champ magnétique et d'une magnétosphère (la bulle magnétique gouvernée par le champ magnétique planétaire);
- La façon dont elles interagissent avec leur 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...) (via le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont...) et le champ magnétique stellaires);
- La puissance et l'énergie alors mises en jeu.

Ces nouvelles données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement,...) pourraient ouvrir de nouveau champs d'études: la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) exo-magnétosphérique comparée, et la météorologie (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se...) de l'espace sur d'autres systèmes stellaires que le nôtre.

L'enjeu est important et pourrait être comparable à la révolution vécue par les théoriciens de la formation du Système solaire, à la découverte des "Jupiters chauds".

Enfin, la détection d'un champ magnétique et d'une magnétosphère sur une 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...) pourrait être un facteur favorisant son habitabilité compte tenu de la protection atmosphérique qu'ils assurent.

Notes:

(1) Zarka, P., M.S. Marques, C. Louis, V.B. Ryabov, L. Lamy, E. Echer, and B. Cecconi, Jupiter radio emission induced by Ganymede and consequences for the radio detection of exoplanets, Astron. Astrophys., 16 oct. 2018. DOI:10.1051/0004-6361/201833586

(2) Marques, M.S., P. Zarka, E. Echer, V. B. Ryabov, M.V. Alves, L. Denis, and A. Coffre, Statistical analysis of 26 years of observations of decametric radio emissions from Jupiter, Astron. Astrophys., 604, A17, 2017.

(3) Louis, C. K. , L. Lamy, P. Zarka, B. Cecconi, and S. L. G. Hess, Detection of Jupiter decametric emissions controlled by Europa and Ganymede with Voyager/PRA and Cassini/RPWS, J. Geophys. Res., 122, 9228-9247, 2017, doi:10.1002/2016JA023779

(4) Hess, S. L. G., and P. Zarka, Modeling the radio signature of the orbital parameters, rotation, and magnetic eld of exoplanets, Astron. Astrophys., 531, A29, 2011.
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