Une équipe internationale à laquelle participent trois astronomes de l'Observatoire Européen Austral (ESO), a utilisé la technique des microlentilles gravitationnelles afin d'évaluer si les planètes sont des objets courants dans la Voie Lactée. Après une étude de six ans consacrée à l'observation de millions d'étoiles, cette équipe a conclu que les planètes en orbites autour des étoiles étaient la règle et non l'exception. Le résultat de cette étude sera publié dans la revue Nature du 12 janvier 2012.
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Au cours des 16 dernières années, les astronomes ont détecté et confirmé la présence de plus de 700 exoplanètes (1).Ils ont également commencé à étudier les spectres (eso1002) et les atmosphères (eso1047) de ces mondes. Alors que l'étude des propriétés individuelles des exoplanètes est indéniablement indispensable, une question bien plus basique reste en suspend : à quel point les planètes sont-elles des objets courants dans la Voie Lactée ?
La plupart des exoplanètes connues actuellement ont été trouvées par la détection des effets de leur attraction gravitationnelle sur leur étoile ou par la détection du moment où la planète passe devant son étoile, faisant alors diminuer de manière infime sa luminosité. Ces deux techniques sont plus sensibles aux planètes massives ou proches de leur étoile, ou les deux. De ce fait, de nombreuses planètes ne peuvent pas être ainsi détectées.
Une équipe internationale d'astronomes a cherché des exoplanètes en utilisant une méthode totalement différente - les microlentilles gravitationnelles. Cette méthode permet de détecter des planètes dont les masses couvrent une large gamme et situées bien plus loin de leur étoile.
Arnaud Cassan (Institut d'Astrophysique de Paris), premier auteur de l'article publié dans Nature, explique : « Nous avons cherché les preuves de la présence d'exoplanètes par la méthode des microlentilles au cours de six années d'observations. Les données que nous avons obtenues montrent de manière remarquable que les planètes sont plus courantes que les étoiles dans notre galaxie. Nous avons également trouvé que les planètes les moins massives, comme les superTerres ou les Neptunes peu massifs, doivent être plus courantes que les planètes les plus massives. »
Les astronomes ont utilisé des observations fournies par les équipes PLANET (2) et OGLE (3), dans lesquelles les exoplanètes sont détectées du fait que le champ gravitationnel de leur étoile, combiné avec celui de planètes potentielles, agit comme une lentille, amplifiant la lumière d'une étoile d'arrière-plan. Si l'étoile qui agit comme une loupe a une planète en orbite autour d'elle, la planète peut avoir un effet détectable sur l'augmentation de luminosité de l'étoile d'arrière-plan.
Jean-Philippe Beaulieu (Institut d'Astrophysique de Paris), responsable de la collaboration PLANET ajoute: « La collaboration PLANET a été mise en place pour faire le suivi d'événements de microlentilles avec un réseau de télescopes situés tout autour du globe terrestre dans l'hémisphère sud, de l'Australie et de l'Afrique du Sud au Chili. Les télescopes de l'ESO ont fortement contribué à ces observations. »
Les microlentilles constituent un outil très puissant ayant la capacité de détecter des exoplanètes qui ne pourraient être trouvées autrement. Mais il faut toutefois avoir la chance de tomber sur un alignement très rare de l'étoile d'arrière-plan et de l'étoile « loupe » pour qu'un événement de microlentille puisse être vu. Et, il faut également bénéficier d'une circonstance favorable pour détecter une planète au cours d'un tel événement : il faut en effet que le plan de l'orbite de la planète soit vu par la tranche.
Bien que pour ces raisons la détection d'une planète par cette méthode ne soit pas évidente, trois exoplanètes ont effectivement été trouvées en analysant les données obtenues par effet de microlentilles au cours de six années d'observation, par les programmes PLANET et OGLE : une super-Terre (4) et des planètes de masses similaires à celles de Neptune et de Jupiter. D'après les standards de la méthode des microlentilles, c'est un résultat impressionnant. En détectant trois planètes, soit les astronomes ont eu une chance exceptionnelle et ont touché le jackpot, malgré une probabilité énorme de passer à côté de ces planètes avec cette méthode, soit les planètes sont tellement abondantes dans la Voie Lactée que c'était pratiquement inévitable (5).
Les astronomes ont alors combiné les informations concernant les trois exoplanètes confirmées avec celles de sept autres exoplanètes détectées au cours d'une précédente étude ainsi qu'avec le nombre considérable de « non-détections » constaté dans ce volume de données représentant six ans d'observation - ces « non-détections » sont tout aussi importantes pour l'analyse statistique et sont bien plus nombreuses. La conclusion est qu'une étoile étudiée sur six héberge une planète dont la masse est semblable à celle de Jupiter, la moitié des étoiles ont des planètes de la masse de Neptune et deux tiers ont des super-Terres. Le programme d'observation permet de détecter des planètes situées à une distance de leur étoile comprise entre 75 millions de kilomètres et 1,5 milliard de kilomètres (dans le système solaire cet intervalle comprendrait toutes les planètes de Vénus à Saturne) et ayant une masse allant de cinq masses terrestres à 10 fois celle de Jupiter.
La combinaison de tous les résultats laisse fortement supposer que le nombre moyen de planètes en orbite autour d'une étoile est plus grand que un. Les planètes sont donc la règle plutôt que l'exception.
« Nous avions l'habitude de penser que la Terre doit être unique dans notre Galaxie. Mais, maintenant, il semble qu'il y ait littéralement des milliards de planètes ayant une masse similaire à celle de la Terre en orbite autour des étoiles dans la Voie Lactée, » conclut Daniel Kubas, coauteur principal de cet article.
Notes
(1) La mission Kepler est en train de découvrir un nombre considérable de « candidats exoplanètes » non compris dans ce nombre.
(2) Probing Lensing Anomalies NETwork. Plus de la moitié des données du programme d'observation PLANET utilisée dans cette étude provient du télescope Danois de 1,54 mètre de l'Observatoire de La Silla de l'ESO.
(3) Optical Gravitational Lensing Experiment.
(4) Une Super-Terre a une masse comprise entre deux et dix fois celle de la Terre. Jusqu'à présent, 12 planètes détectées par la méthode des microlentilles ont été annoncées, utilisant des techniques d'observations variées.
(5) Les astronomes ont observé des millions d'étoiles à la recherche d'événements de microlentilles. Seulement 3247 événements de ce type ont été détectés entre 2002 et 2007 car l'alignement précis nécessaire est vraiment peu courant. Les résultats statistiques ont été déduits des détections et des non-détections dans un échantillon représentatif de 440 courbes de lumières.
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