Un florilège de planètes découvertes par le satellite CoRoT
Publié par Michel le 15/06/2010 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Illustrations: Voir les légendes
L'équipe CoRoT vient d'annoncer la découverte d'une naine brune et de six nouvelles exoplanètes aux caractéristiques très variées. CoRoT, satellite de l'Agence spatiale française (CNES[1]), permet de découvrir des exoplanètes depuis l'espace, par la détection de leur passage devant 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 de la Terre.). L'observation (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...) de ces transits est relayée par des observations au sol, notamment avec les spectrographes HARPS de l'ESO et Sophie de l'INSU-CNRS: les astronomes obtiennent alors une mesure précise de la taille, de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la...) et de l'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.) de ces nouvelles planètes, sans les voir directement. Elles sont ainsi les seules à permettre d'obtenir les informations les plus complètes sur leur nature et les modes de formation et d'évolution de ces nouveaux mondes.

"Chaque nouvelle découverte d'un système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est composé de planètes et divers corps célestes inertes...) extrasolaire bouscule un peu plus les modèles théoriques expliquant la formation et l'évolution de ces systèmes. Plus nous connaîtrons de systèmes différents, plus nous pourrons étendre notre compréhension des processus réellement à l'œuvre," déclare Magali Deleuil, chercheuse au Laboratoire d'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...) de Marseille (LAM), responsable du programme exoplanètes de CoRoT.


Portrait de famille.
Crédit: © Patrice Amoyel.


CoRoT-8b: la plus petite de la série

C'est une 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...) de taille très modeste parmi les planètes en transit connues. Elle mesure 0,7 fois la taille de Saturne et pèse 0,7 fois sa masse. Sa structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en...) est comparable à celles des planètes géantes de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.), comme Neptune et Uranus 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...). C'est la plus petite planète découverte par l'équipe CoRoT après la première super-Terre (Une super-Terre est une planète extrasolaire plus massive que la Terre, mais théoriquement moins massive qu'une géante gazeuse. Le terme de super-Terre est déterminé uniquement par...) en transit, CoRoT-7b.

CoRoT-15b: la naine brune

CoRoT-15b a une masse de 60 fois celle de Jupiter pour un rayon à peine plus grand et donc une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence...) considérable, près de 40 fois celle de Jupiter. Elle est considérée par les chercheurs comme une naine brune, c'est à dire un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui...) intermédiaire entre une planète géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes...) et une étoile. Les naines brunes sont beaucoup plus rares que les planètes, ce qui rend sa découverte passionnante.

CoRoT-10b: une géante à l'orbite très allongée

Pendant son "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.)" orbitale, qui dure 13 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...), cette planète s'approche puis s'éloigne de son étoile au point (Graphie) que 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.) qu'elle en reçoit varie d'un facteur dix en fonction de son éloignement. La 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 de chaud, provenant du...) de la planète varierait alors de 250 à 600°C en quelques jours.

CoRoT-11b: une géante autour d'une étoile en rotation rapide

L'étoile autour de laquelle orbite CoRoT-11b tourne très vite sur elle-même, en seulement 40 heures (L'heure est une unité de mesure  :) -c'est encore moins que la période de révolution (La période de révolution, est le temps mis par un astre pour accomplir sa trajectoire, ou révolution, autour d’un autre astre. Comme une planète autour du Soleil, ou un satellite autour...) de la planète qui est de 3 jours. Par comparaison, notre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type...) tourne sur lui même en 26 jours. La rotation extrême de l'étoile rend d'ailleurs la détection de la planète très difficile avec HARPS.

CoRoT-12b, CoRoT-13b et CoRoT-14b

3 planètes géantes proches de leur étoile, mais avec des propriétés très différentes. CoRoT-13b a une taille plus modeste que celle de Jupiter mais sa densité est deux fois plus importante, ce qui s'explique probablement par la présence d'un noyau massif (Le mot massif peut être employé comme :). Avec un rayon 16 fois plus grand que celui 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...), CoRoT-12b quant à elle, appartient à la famille des planètes gazeuses dilatées, c'est-à-dire plus grosses que Jupiter (11 fois la Terre). En tournant à très courte distance de leur étoile, ces planètes en reçoivent un intense rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.), qui retarde leur contraction et explique leur taille anormalement grande. Paradoxalement, CoRoT-14b, qui est encore plus proche de son étoile, a une taille similaire à Jupiter. Sa masse est 7 fois et demi celle de Jupiter, ce qui en fait une autre planète extrêmement dense (6 fois plus que Jupiter) et la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. ...) planète très massive (Le mot massif peut être employé comme :) et très proche de son étoile.

La détection des exoplanètes avec CoRoT par la méthode des transits (voir ci-dessous) (détection de l'infime variation de l'intensité lumineuse de l'étoile lorsque la planète passe devant le disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) stellaire) est une longue entreprise, avec ses observations complémentaires (voir ci-dessous), mais elle présente un avantage considérable car elle permet d'obtenir le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de...) et la masse de la planète, et donc sa densité, éléments indispensables pour bien comprendre la nature des planètes détectées. Les caractéristiques de l'orbite sont aussi précisément décrites. Depuis quinze ans, 450 exoplanètes ont été découvertes; seules 82 d'entre elles présentent un transit, dont 15 ont été mises en évidence par le satellite (Satellite peut faire référence à :) CoRoT.

Détecter des planètes avec CoRoT: une analyse minutieuse

Depuis février 2007, le satellite CoRoT observe chaque année environ 80 000 étoiles. La variation de l'éclat d'une étoile au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), ou "courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et...) de 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 lumière est intimement...)" dans le jargon des astronomes, est enregistrée sur une durée de 20 à 150 jours. 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.) y 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...) alors une série de micro-éclipses (ou transits) imputable au passage répété d'une planète devant son étoile. "Nous avons choisi de travailler en parallèle, avec jusqu'à 8 chercheurs qui analysent les 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, etc.) indépendamment et qui comparent ensuite leurs résultats ; c'est plus long, mais cela permet d'accroître le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de découvertes !" précise Pascal Bordé (Le bordé est l'ensemble des bordages, c'est-à-dire l'ensemble des parties qui constituent la coque d'un bateau. Dans la construction européenne, le...) de l'IAS, responsable de cette équipe chargée d'analyser les courbes de lumière de CoRoT.. Chaque année, cette équipe isole jusqu'à un millier de courbes de lumière présentant des transits, parmi lesquels plus d'une centaine sont potentiellement le fait de planètes... Mais une fois ces "planètes potentielles" identifiées, la tâche est loin d'être terminée.

Le support nécessaire des télescopes terrestres

Les planètes ne sont clairement identifiées qu'une fois que tous les autres scénarios possibles ont été écartés: "Entre la détection de transits par CoRoT et l'annonce officielle de la découverte d'une nouvelle planète se cache une série d'observations complémentaires à l'aide de télescopes au sol. Réaliser et analyser ces observations peut nécessiter jusqu'à deux années entières !" explique Claire Moutou, du LAM, chargée de la coordination du programme d'observations complémentaires. Les chercheurs impliqués dans CoRoT doivent donc passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) au crible de leurs télescopes terrestres la centaine de candidats détectés annuellement. Une quinzaine de télescopes (*) de par le monde (Le mot monde peut désigner :) est utilisée pour cette tâche. Il s'agit d'abord de confirmer la position de l'étoile présentant les transits, puis d'établir que le corps qui cause ces transits est bien une planète et non une autre étoile. Cette vérification peut se faire en mesurant la masse de ce corps.

C'est un processus long, car les étoiles ne sont visibles que 5 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) par an, mais la récompense finale est de taille ! Car sans pouvoir voir directement ces planètes lointaines, les chercheurs savent mesurer leur densité -seulement pour celles qui transitent- et commencent à comprendre leurs caractéristiques.


Les différentes configurations qui peuvent produire un transit dans la courbe de lumière de l'étoile cible (en jaune):
l'étoile peut être occultée par une planète mais aussi une par autre étoile.
Parfois, les transits sont ceux d'une binaire proche de la cible qui laisse son empreinte
dans la courbe de lumière de l'étoile cible.
Crédit: © Claire Moutou / Magali Deleuil.

(*) Le programme exoplanète de CoRoT bénéficie de l'appui de plusieurs télescopes terrestres: Le Télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la...) Canada France Hawaï (Hawaï ou Hawaii (en hawaïen : Hawai‘i ; en anglais : Hawaii) est un État des États-Unis situé dans l'océan Pacifique, à environ 3 900 kilomètres au sud-ouest de San...) (INSU-CNRS, CNRC - Hawaï) ; les Télescopes IAC-80 et ESA OGS de l'Observatoire du Teide (Espagne); le télescope Suisse Euler de 1,2m à l'Observatoire La Silla de l'ESO (Chili) ; les télescopes 0,46 et 1 m de l'Observatoire Wise (Israël); le télescope TEST de l'Observatoire de Tautenburg (Allemagne) ; les télescopes BEST et BEST 2 du Deutsche Luft und Raumfahrt Gesellschaft (DLR) ; le télescope KECK de 10m avec le spectrographe HIRES (Hawaï-USA) ; le télescope de 3,6m équipé du spectrographe HARPS à l'Observatoire La Silla de l'ESO (Chili) ; les télescopes de 8,2m du Very Large Telescope avec le spectrographe UVES à l'Observatoire Paranal de l'ESO (Chili) ; les télescopes de 1,93m avec le spectrographe SOPHIE et de 1,2 m à l'Observatoire de Haute Provence de l'INSU-CNRS (France).


Note:

[1] Le satellite CoRoT a été développé et est exploité par l'Agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes spatiaux) française (CNES) avec une importante participation de laboratoires français associés au CNRS-INSU, de laboratoires européens (Allemagne, Autriche, Belgique, ESA et Espagne) et brésiliens. Les principales équipes françaises appartiennent au Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en Astrophysique (CNRS, 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 vient en complément de...), Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Pierre et Marie Curie (Maria Sk?odowska-Curie (née à Varsovie le 7 novembre 1867 et décédée à Sancellemoz le 4 juillet 1934), connue en France sous le nom de Marie Curie, est une physicienne polonaise naturalisée française[1].), Université Denis Diderot), au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (CNRS, Université Aix-Marseille 1, Observatoire Astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires modernes sont largement dotés d'instruments scientifiques; d'abord...) de Marseille Provence, OSU/INSU), à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) d'Astrophysique Spatiale à Orsay (CNRS, Université Paris-Sud 11, OSU/INSU), au Laboratoire de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) et de ses THéories (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 parisien, entre les confluents de la...), 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).), Université Paris Diderot), à l'Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS, Université Pierre et Marie Curie, OSU/INSU), au Laboratoire Cassiopée Astrophysique, sciences mécaniques et analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens pouvant exister entre les différentes...) (Observatoire de la Côte d'Azur, OSU/INSU, CNRS, Université de Nice Sophia-Antipolis), à l'Observatoire Midi Pyrénées à Toulouse (Observatoire des Sciences de l'Univers, INSU, Université Paul Sabatier).
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