Astronomie

Comment savoir combien d'exoplanètes possède une étoile ?

Comment savoir combien d'exoplanètes possède une étoile ?

Une partie de cette réponse (discutant du centre de masse mobile de notre système solaire) explique que ce mouvement est l'une des façons dont nous savons qu'une étoile a des planètes :

Bonus : nous utilisons ce phénomène pour trouver des planètes en dehors du système solaire ! Si une étoile éloignée est observée en train de « vaciller » ou d'osciller autour de sa position moyenne, nous pouvons utiliser ces données pour déduire la présence d'une ou plusieurs exoplanètes et calculer leur masse.

Il me semble logique que nous puissions dire qu'un début a quelque planète(s) en orbite autour d'elle, en fonction de la façon dont elles affectent la position de l'étoile. Mais ce mouvement est-il suffisamment précis et prévisible pour déterminer le nombre d'exoplanètes et leur taille ? Peut-on produire une « carte » d'un système solaire lointain à partir de ce mouvement ?

Si nécessaire, nous pouvons même restreindre la discussion aux planètes « assez grandes » pour être détectées. Par exemple, en effectuant cet exercice sur notre Soleil, serions-nous capables de prédire avec précision au moins les quatre géantes gazeuses, même si nous ne pouvions pas obtenir Mercure ?


Ce que vous décrivez est un problème de base de traitement du signal. Le décalage Doppler que l'on observe est dû au mouvement de l'étoile dans le système autour du centre de masse du système. L'étoile sera influencée par l'attraction gravitationnelle de chacune des planètes de ce système, dont chacune exerce une attraction gravitationnelle qui augmente avec la masse de la planète et diminue avec le rayon orbital de la planète.

Le mouvement global de l'étoile sera le somme des effets de toutes les planètes. Il est important de noter que l'effet de chaque planète aura sa propre amplitude et sera périodique avec une période égale à la période orbitale de cette planète.

Imaginons que chaque planète soit sur une orbite circulaire (les orbites elliptiques sont plus compliquées, mais le principe est le même). Chaque planète provoquerait un mouvement circulaire dans l'étoile autour du centre de masse de la paire planète-étoile, conduisant à un signal Doppler observable qui a la forme d'une onde sinusoïdale avec une période égale à la période orbitale de la planète. le amplitude de ce signal augmentera avec la masse de la planète et augmentera avec la diminution du rayon orbital.

Le signal global est la somme de toutes les planètes du système. Heureusement, la décomposition de ce signal en ses composants individuels est un problème courant en physique, en électronique et dans de nombreux autres domaines et est connu sous le nom d'analyse de Fourier. Que vous puissiez récupérer avec succès les signaux originaux de chacune des planètes dépend de la durée pendant laquelle vous avez observé le système (idéalement, vous souhaitez observer plus longtemps que la période orbitale la plus longue) et de l'amplitude des signaux par rapport au bruit de vos observations.

En général, il est plus facile de récupérer des planètes de masse élevée avec de courtes périodes orbitales et plus difficile de récupérer des planètes de faible masse avec de longues périodes orbitales.

L'image ci-dessous peut être utile. Il montre la trajectoire du centre de masse du système solaire par rapport au centre du Soleil sur une période de plusieurs décennies. Remarquez comment le Soleil exécute une trajectoire complexe (par rapport au centre de masse du système solaire) qui est surtout causé par l'orbite de Jupiter, mais il y a ensuite des signaux plus petits, superposés, causés par les planètes plus petites. En principe, si vous avez observé plus longtemps que la période de Neptune et que vous disposiez d'un détecteur qui donnait des mesures parfaites, vous pourriez reconstituer combien de planètes il y avait dans le système solaire, quelles étaient leurs périodes orbitales (et ensuite à partir de la 3ème loi de Kepler, quelle était la était la séparation planète-étoile) et quelles étaient leurs masses (multipliées par l'inclinaison de leurs orbites par rapport à la ligne de visée d'observation, qui est généralement une inconnue dans les mesures Doppler).

En termes de ce que nous pourrions voir actuellement si nous observions le Soleil comme une étoile : en gros, nous détecterions assez facilement Jupiter (en supposant que nous ayons observé pendant 20 ans) avec une amplitude doppler d'environ 13 m/s. On verrait aussi qu'il y avait une dérive du signal de Jupiter due à l'influence de Saturne, mais il faudrait observer pour > la période orbitale de Saturne afin de confirmer la présence de Saturne, sa période orbitale et sa masse. Les planètes intérieures produisent une amplitude trop petite pour être visible avec la technologie actuellement disponible. par exemple. La Terre produirait une oscillation Doppler d'amplitude $<8$ cm/s, mais la précision actuelle des mesures Doppler est limitée à environ 50 cm/s.

Les amplitudes Doppler en m/s dues à chacune des planètes (en supposant que nous les regardions par le bord) sont :

Mercure < 0,01 Vénus 0,08 Terre 0,08 Mars < 0,01 Jupiter 12,5 Saturne 2,6 Uranus 0,28 Neptune 0,26

Ainsi avec la technologie actuelle, seuls Jupiter et Saturne sont détectables.

Ci-dessous, je simule ce que serait le signal Doppler dû à ces deux planètes. J'espère que tu peux voir que le signal global consiste en la superposition de deux signaux sinusoïdaux de périodes et d'amplitudes différentes. Une myriade d'outils de calcul est disponible pour effectuer la décomposition de Fourier afin de les établir.


Classification des planètes : comment regrouper les exoplanètes

Avec des milliers de candidats exoplanètes découverts, les astronomes commencent à comprendre comment les regrouper afin de les décrire et mieux les comprendre. De nombreux schémas de classification des planètes ont été proposés au fil des ans, allant de la science-fiction à des plus scientifiques. Mais nous savons encore peu de choses sur les exoplanètes, et certains scientifiques débattent encore de la définition d'une planète.


Comment les astronomes détectent-ils qu'une étoile a une planète en orbite ?

C'est incroyable ce que l'ingéniosité humaine peut inventer ! Dans ce cas, des milliers d'astronomes scrutent le ciel chaque nuit à l'aide d'un ensemble d'outils relativement petit (télescopes captant la lumière ou les ondes radio), ils passent donc beaucoup de temps à réfléchir aux différentes manières d'utiliser ces outils. Être capable de détecter des objets aussi petits qu'une planète à une distance de milliers de milliards de kilomètres à l'aide de ces outils est une réalisation majeure.

Vous pouvez comprendre ce que font les astronomes si vous pensez à notre propre soleil et aux planètes qui l'orbitent. La plus grande de ces planètes est Jupiter. Jupiter pèse environ un millième de ce que pèse le soleil et tourne autour du soleil tous les 11,8 ans environ à une distance de 5 unités astronomiques (AU, la distance moyenne entre la Terre et le soleil, qui est de 92 955 800 miles ou 149 597 870 kilomètres) .

Le soleil n'est pas ancré dans l'espace avec Jupiter en orbite autour de lui. Lorsque Jupiter se déplace autour du soleil, Jupiter tire sur le soleil et le déplace. La distance qu'il tire du soleil est proportionnelle au poids des deux corps, donc le soleil se déplace d'un millième de la distance que fait Jupiter. Lorsque Jupiter se déplace sur son orbite, le soleil se déplace dans un cercle 1 000 fois plus petit. En d'autres termes, le soleil se déplace dans un cercle d'environ 1 000 000 de miles (1,6 million de kilomètres) de diamètre. (Les autres planètes qui orbitent autour du soleil ont toutes également des effets sur le mouvement du soleil - Jupiter se trouve juste avoir le plus grand effet, donc c'est le plus perceptible.)

En termes astronomiques, les 1 000 000 de kilomètres parcourus par le soleil sont minuscules. Il faut aussi beaucoup de temps pour parcourir cette distance (11,8 ans). Cependant, des mouvements comme ceux-ci sont toujours détectables. Quelqu'un peut les détecter de deux manières :

  • Mouvement d'un côté à l'autre - Vous pouvez détecter un mouvement d'un côté à l'autre en regardant simplement l'étoile, en traçant la trajectoire que vous pensez qu'elle devrait suivre, puis en recherchant les variations de la trajectoire. Si l'étoile semble se déplacer périodiquement d'un côté à l'autre, alors elle a une "oscillation" qu'une planète en orbite pourrait produire.
  • Mouvement d'avant en arrière - Vous pouvez détecter le mouvement d'avant en arrière en détectant le décalage Doppler dans la lumière que l'étoile produit. Lorsque quelque chose se déplace vers vous ou s'éloigne de vous, la couleur de sa lumière change (voir Comment fonctionne le radar pour plus de détails). En mesurant le changement de couleur d'une étoile et en recherchant un motif, vous pouvez détecter un mouvement d'avant en arrière.

Voir les liens ci-dessous pour beaucoup plus de détails.

Une étoile qui a une oscillation très perceptible est 51 Pegasi. Il vacille tous les 4,2 jours, ce qui implique une planète qui l'orbite très rapidement. C'est difficile à imaginer, mais cela a rendu la détection très facile (contre 11,8 ans. ). Deux des liens ci-dessous donnent beaucoup de détails sur 51 Pegasi, y compris un tableau de ses données de mouvement, de jolis diagrammes et les formules utilisées par les astronomes pour calculer la masse et la distance de la planète.


Comment les astronomes ont détecté pour la première fois de l'eau sur une exoplanète potentiellement habitable

Vue d'artiste de la planète K2-18 b, de son étoile hôte et d'une planète qui l'accompagne dans ce système. Crédit : ESA/Hubble, M. Kornmesser, auteur fourni

Avec plus de 4 000 exoplanètes – des planètes en orbite autour d'étoiles autres que notre soleil – découvertes à ce jour, il peut sembler que nous sommes sur le point de découvrir si nous sommes seuls dans l'univers. Malheureusement, nous ne savons pas grand-chose sur ces planètes, dans la plupart des cas uniquement leur masse et leur rayon.

Comprendre si une planète peut héberger de la vie nécessite beaucoup plus d'informations. À l'heure actuelle, une information extrêmement importante qui manque est la présence, la composition et la structure de leurs atmosphères. Les signes d'eau atmosphérique, d'oxygène et de méthane seraient tous des signes qu'une planète peut soutenir la vie.

Aujourd'hui, nous avons réussi pour la première fois à détecter de la vapeur d'eau dans l'atmosphère d'une exoplanète potentiellement habitable. Nos résultats ont été publiés dans Astronomie de la nature.

L'atmosphère d'une planète joue un rôle vital dans la formation des conditions à l'intérieur de celle-ci ou à sa surface, si elle en a une. Sa composition, sa stabilité et sa structure fournissent tous des indices importants sur ce que c'est que d'être là. Grâce aux études atmosphériques, nous pouvons donc connaître l'histoire de la planète, enquêter sur son habitabilité et, finalement, découvrir des signes de vie.

La principale méthode que nous utilisons pour examiner les exoplanètes est la spectroscopie de transit. Cela implique de regarder la lumière des étoiles lorsqu'une planète passe devant son étoile hôte. Au cours de son transit, la lumière stellaire est filtrée à travers l'atmosphère de la planète, la lumière étant absorbée ou déviée en fonction des composés qui composent l'atmosphère.

L'atmosphère laisse donc une empreinte caractéristique dans la lumière stellaire que nous essayons d'observer. Une analyse plus approfondie peut alors nous aider à faire correspondre cette empreinte à des éléments et molécules connus, tels que l'eau ou le méthane.

À l'heure actuelle, l'étude des atmosphères des exoplanètes est limitée, car ce type de mesure nécessite une très grande précision, pour laquelle les instruments actuels n'ont pas été construits. Mais des signatures moléculaires de l'eau ont été trouvées dans les atmosphères de planètes gazeuses, similaires à Jupiter ou Neptune. Il n'a jamais été vu auparavant sur des planètes plus petites, jusqu'à maintenant.

K2-18 b a été découvert en 2015 et fait partie des centaines de "super-Terres" - des planètes avec une masse entre la Terre et Neptune - découvertes par le vaisseau spatial Kepler de la NASA. C'est une planète avec huit fois la masse de la Terre qui orbite autour d'une étoile dite " naine rouge ", qui est beaucoup plus froide que le soleil.

Cependant, K2-18b est situé dans la "zone habitable" de son étoile, ce qui signifie qu'il a la bonne température pour supporter l'eau liquide. Compte tenu de sa masse et de son rayon, K2-18 b n'est pas une planète gazeuse, mais a une forte probabilité d'avoir une surface rocheuse.

Nous avons développé des algorithmes pour analyser la lumière des étoiles filtrée par cette planète en utilisant la spectroscopie de transit, avec des données fournies par le télescope spatial Hubble.

Cela nous a permis de faire la première détection réussie d'une atmosphère avec de la vapeur d'eau autour d'une planète non gazeuse, qui est également située dans la zone habitable de son étoile.

Pour qu'une exoplanète soit définie comme habitable, il existe une longue liste d'exigences à satisfaire. La première est que la planète doit se trouver dans la zone habitable où l'eau peut exister sous forme liquide. Il est également nécessaire que la planète ait une atmosphère pour protéger la planète de tout rayonnement nocif provenant de son étoile hôte.

Un autre élément important est la présence d'eau, vitale pour la vie telle que nous la connaissons. Bien qu'il existe de nombreux autres critères d'habitabilité, comme la présence d'oxygène dans l'atmosphère, nos recherches ont fait du K2-18b le meilleur candidat à ce jour. C'est la seule exoplanète à remplir trois conditions d'habitabilité : les bonnes températures, une atmosphère et la présence d'eau.

Cependant, nous ne pouvons pas dire, avec les données actuelles, exactement quelle est la probabilité que la planète supporte la vie. Nos données sont limitées à une zone du spectre - cela montre comment la lumière est décomposée par longueur d'onde - où l'eau domine, de sorte que d'autres molécules ne peuvent malheureusement pas être confirmées.

Avec la prochaine génération de télescopes, tels que le télescope spatial James Webb et la mission spatiale ARIEL, nous pourrons trouver plus d'informations sur la composition chimique, la couverture nuageuse et la structure de l'atmosphère de K2-18 b. Cela nous aidera à comprendre à quel point il est habitable.

Ces missions pourraient également faciliter la réalisation de détections similaires pour d'autres corps rocheux dans les zones habitables de leurs étoiles mères.

Ce serait certainement passionnant. Avec K2-18 b à 110 années-lumière, ce n'est pas vraiment une planète que nous pourrions visiter, même avec de minuscules sondes robotiques, dans un avenir prévisible.

De manière excitante, ce n'est probablement qu'une question de temps avant que nous trouvions des planètes similaires plus proches. Nous sommes donc peut-être sur la bonne voie pour répondre à la question séculaire de savoir si nous sommes finalement seuls dans l'univers.


Dans la nouvelle étude, Kipping et Teachey ont suivi les signatures lumineuses des objets autour de l'étoile Kepler-1625. Suite à une intuition basée sur des données prometteuses du télescope spatial Kepler, ils ont utilisé le télescope spatial Hubble pour recueillir plus de données sur l'étoile Kepler-1625. C'est ainsi qu'ils ont découvert que Kepler-1625b, qui a à peu près la taille de Jupiter et orbite autour de son étoile à peu près à la même distance que la Terre orbite autour du soleil, peut abriter une lune.

Lors de la recherche d'exoplanètes, les astronomes recherchent des baisses de la quantité de lumière émanant d'une étoile. En mesurant comment une planète bloque la lumière de son étoile d'origine lorsqu'elle passe devant elle, les astronomes peuvent en apprendre beaucoup sur la taille, l'orbite et même la composition de la planète. Au fur et à mesure qu'une planète passe devant l'étoile encore et encore, les données accumulées permettent aux astronomes de déterminer assez précisément la période orbitale de la planète.

En observant la lumière de Kepler-1625 de cette manière, Teachey et Kipping ont remarqué une légère anomalie dans les données de transit de la planète Kepler-1625b : chaque creux de lumière était accompagné de un autre petit plongeon – celui qui ne pouvait pas être expliqué par la simple présence d'une planète. Avec des données sur seulement trois transits, cependant, ils savaient qu'ils avaient besoin de plus. En sécurisant 40 heures sur le télescope spatial Hubble, ils ont construit un argument beaucoup plus solide pour leurs soupçons : le blip dans les données de transit de Kepler-1625b semblait être une lune, parfois derrière la planète, parfois la menant.

En raison de la nature unique des lunes, leurs recherches nécessitaient une approche légèrement différente de la plupart des chasses aux exoplanètes. Les données de transit sont un excellent moyen d'en savoir plus sur les exoplanètes, mais comme les lunes ont des modèles d'orbite légèrement irréguliers, elles sont plus difficiles à identifier de cette façon.

"Les lunes sont en orbite autour des planètes, elles apparaissent donc à un endroit différent à chaque fois que la planète transite, parfois avant le transit planétaire, parfois après", explique Teachey. "Donc, vous ne voyez pas le même genre de périodicité, et vous ne pouvez pas vraiment empiler les transits lunaires de la même manière pour nettoyer le signal."

Heureusement, le temps supplémentaire sur le HST a permis à Teachey et Kipping de se concentrer sur Kepler-1625b et d'estimer que la planète et sa lune ont à peu près la même taille relative que la Terre et la lune - sauf qu'elles sont à peu près 11 fois plus grand que notre monde natal et sa lune.


Comment savoir combien d'exoplanètes possède une étoile ? - Astronomie

Comment les astronomes déterminent-ils qu'ils ont découvert de grandes planètes extrasolaires « uniques » et non « plusieurs » de petites planètes ?

Si les planètes ont des distances différentes par rapport à leurs étoiles hôtes, comme toutes les planètes de notre système solaire et les nombreux systèmes d'exoplanètes connus, les planètes orbiteront avec des périodes différentes. Cela signifie qu'ils font le tour de leurs étoiles hôtes à des vitesses différentes et se sépareront spatialement et en fréquence. Dans toutes les méthodes pour trouver des exoplanètes (microlentille, synchronisation des pulsars, vitesse radiale, transits et imagerie directe), ces planètes sont séparables. Par exemple, avec l'imagerie directe, vous pouvez voir deux points lumineux différents. Avec les mesures de vitesse radiale, vous pouvez séparer les fréquences. Comme une planète tourne autour d'une étoile, l'étoile tourne aussi un peu autour de son centre de masse commun. Une grande planète provoquera un décalage sinusoïdal à une fréquence unique (le moment de l'année de cette planète) dans le mouvement apparent de l'étoile vers ou loin de nous. Deux planètes auront deux années de longueurs différentes et provoqueront des oscillations dans le mouvement de l'étoile de deux fréquences différentes. C'est ainsi que nous savons quand nous ne regardons qu'une seule planète.

S'il existe un système planétaire binaire, où deux planètes tournent autour du centre de masse commun qui tourne autour de l'étoile hôte, cela peut être plus difficile à détecter avec certaines méthodes. Avec l'imagerie directe, les deux planètes peuvent sembler si proches qu'elles n'en font qu'une. Avec les mesures de vitesse radiale, l'effet sur l'étoile sera essentiellement le même car les deux planètes apparaîtront essentiellement à l'étoile hôte comme un seul remorqueur gravitationnel. Pour la méthode de transit, il est plus facile de distinguer les planètes binaires des planètes simples car les heures de début du transit varieront en fonction de la partie de l'orbite binaire alignée avec l'étoile. En 2015, cependant, aucune planète binaire n'a été trouvée autour d'autres étoiles.

Mis à jour le 18 juillet 2015 par Everett Schlawin.

A propos de l'auteur

Dave Kornreich

Dave était le fondateur de Ask an Astronomer. Il a obtenu son doctorat à Cornell en 2001 et est maintenant professeur adjoint au Département de physique et de sciences physiques de l'Université d'État de Humboldt en Californie. Là, il dirige sa propre version de Ask the Astronomer. Il nous aide également avec l'étrange question de cosmologie.


Exemples d'exoplanètes

Gamma Cephei Ab : La première exoplanète détectée, trouvée en 1998 autour de l'étoile Gamma Cephei. Cela n'a été confirmé qu'en 2003, lorsque de meilleures techniques de détection ont été développées.

PSR 1267+12 B et C : Les premières planètes pulsar. Ceux-ci ont été trouvés en 1992, en orbite autour des restes en rotation rapide d'une étoile massive qui a explosé en supernova. Les astronomes ont trouvé une troisième planète dans ce système et tentent toujours de comprendre quand ces planètes se sont formées et comment elles ont survécu à l'explosion de la supernova. L'une des planètes est une Super-Terre.

51 Pégase b : La première planète autour d'une étoile comme le Soleil. Les astronomes l'ont trouvé en utilisant l'Observatoire de Haute-Provence en France, une installation au sol. Cette planète est également connue sous le nom de “hot Jupiter” car elle semble être un monde de type géant gazeux très chaud.

Kepler 186f : la première planète de la taille de la Terre tournant dans la zone habitable de son étoile. Trouvé par la Mission Kepler en 2014.

Kepler 11-f : orbite autour d'une étoile semblable au Soleil et a au moins 2,3 fois la masse de la Terre. Il peut s'agir d'un nain gazeux, en raison de sa faible densité et de sa possible atmosphère hydrogène-hélium.

Mu Arae c : une planète chaude de type Neptune en orbite très proche de son étoile mère, Mu Arae. C'est le premier Neptune chaud découvert.


Les étoiles vacillantes nous guideront-elles vers les « 100 Terres » ?

Debra Fischer, professeur d'astronomie à l'Université de Yale, est une experte de premier plan dans la méthode & ldquoradial speed & rdquo ou & ldquowobble & rdquo pour trouver des exoplanètes. Elle est photographiée ici avec l'observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili.

Par Pat Brennan,
Programme d'exploration des exoplanètes de la NASA

La chasse aux planètes autour d'autres étoiles a jusqu'à présent été un succès retentissant : plus de 3 400 confirmées dans notre galaxie de la Voie lactée, où, nous le savons maintenant, des centaines de milliards de plus attendent probablement d'être découvertes. La plupart de ces exoplanètes ont été trouvées à l'aide de la "méthode de transit" : à la recherche d'une minuscule "ombre" révélatrice alors que la planète en orbite croisait la face de son étoile.

Mais pour savoir si une planète est susceptible d'être rocheuse ou gazeuse, les scientifiques doivent pouvoir calculer la densité et, dans de nombreux cas, ils ont besoin d'un autre moyen d'y parvenir en plus de la méthode de transit. Debra Fischer, professeur d'astronomie à l'Université de Yale, est une experte de premier plan dans la méthode & ldquoradial speed & rdquo ou & ldquowobble & rdquo pour trouver des exoplanètes.

Avec cette méthode, les astronomes suivent la vitesse changeante d'une étoile lorsqu'elle est entraînée par des planètes en orbite. La taille et la nature des remorqueurs peuvent révéler à quel point ces planètes sont massives, ainsi que le temps qu'il leur faut pour orbiter autour de leurs étoiles et fournir des informations essentielles à la recherche de mondes rocheux, aqueux et porteurs de vie. De futures missions spatiales conçues pour étudier les atmosphères planétaires pourraient suivre ces planètes, en séparant le spectre de la lumière pour rechercher des gaz qui pourraient indiquer la présence de vie, tels que l'oxygène et le méthane.

Fischer a récemment pris le temps de discuter d'un nouvel instrument de chasse aux planètes que son équipe développe dans le cadre du projet &ldquo100 Earths&rdquo, et de ses espoirs pour l'avenir de l'astronomie des exoplanètes.

Que dites-vous aux gens quand ils vous demandent ce que vous faites ?

Que je sois un chercheur de planètes, un chasseur de planètes ou un astronome. Je leur dis que je détecte des planètes en orbite autour d'étoiles proches. Et maintenant, nous essayons de construire des instruments plus sensibles pour détecter des planètes plus petites avec la technique Doppler (&ldquowobble&rdquo).

En ce moment, mon équipe construit un spectrographe appelé EXPRES, le spectrographe de précision extrême, que nous livrerons d'ici la fin de cette année (au Lowell Observatory&rsquos Discovery Channel Telescope à Happy Jack, Arizona). J'ai mis tout ce que je sais de 20 ans de chasse aux planètes dans la conception de ce spectrographe. Le titre de notre programme scientifique est &ldquoThe Search for 100 Earths.&rdquo Nous ciblons les étoiles proches et brillantes. Nous savons maintenant de Kepler (NASA & rsquos Kepler Space Telescope) que pratiquement toutes ces étoiles auront des systèmes planétaires. Peut-être que la moitié d'entre eux auront de petites planètes rocheuses et la moitié ou plus. Nous sommes enhardis, vraiment, par la promesse de Kepler.

Ces observations seront-elles utiles aux futures missions de la NASA ?

De nombreuses missions de la NASA qui sont prévues aujourd'hui se concentrent sur les exoplanètes. Kepler, qui vole maintenant dans sa phase K2. TESS, le satellite d'étude des exoplanètes en transit. JWST (le télescope spatial James Webb, lancé en 2018) va pouvoir observer les exoplanètes. WFIRST (the Wide Field Infrared Survey Telescope, un concept de mission) a cette énorme composante exoplanète. Je suis maintenant coprésident communautaire d'une étude de la NASA sur un futur concept d'observatoire appelé LUVOIR (the Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor). Cette mission servira aux astronomes qui étudient l'origine de l'univers et l'évolution des galaxies. Il obtiendra également les spectres des atmosphères des planètes semblables à la Terre autour des étoiles proches pour rechercher des biosignatures.

Je pense que la première étape et la chose que nous pouvons faire aujourd'hui est d'identifier les analogues de la Terre autour des étoiles proches, de déterminer leurs orbites et de mesurer les masses des planètes. La mesure des masses des planètes est quelque chose qui peut être fait uniquement avec la technique Doppler. Si vous n'avez pas la masse, alors lorsque nous aurons un spectre de l'atmosphère de la planète avec un observatoire de la NASA, l'interprétation sera ambiguë. Vous avez besoin de la masse de la planète pour comprendre si des choses comme l'oxygène et le méthane ont une origine géologique ou biologique.

La vie conduit la chimie folle que nous avons ici sur Terre avec l'oxygène, le dioxyde de carbone, le méthane, coexistant dans notre atmosphère.

Quels conseils donneriez-vous à une jeune femme intéressée par une carrière scientifique ou d'ingénierie ?

Fonce. C'est une période incroyablement excitante en astronomie, dans les exoplanètes. Le domaine est tout simplement en plein essor. Et je pense qu'il est très important d'avoir beaucoup de diversité dans le domaine. Je n'ai absolument aucun doute que la façon dont j'aborde les problèmes est différente de la génération d'hommes avec qui j'ai travaillé. Pour cette raison, j'espère que je prends le terrain dans une direction unique et légèrement différente. Et c'est ce que les jeunes femmes qui arrivent sur le terrain peuvent faire et créer quelque chose de nouveau. C'est vraiment important pour la vitalité de la science.


La vie, ici et au-delà

Demandez à la plupart des Américains si la vie existe sur d'autres planètes et lunes, et la réponse que vous obtiendrez est un « oui » confiant ! En remontant des décennies (et à bien des égards des générations), nous avons été initiés à une ménagerie d'extraterrestres bons et mauvais. Leur présence imprègne notre divertissement et notre culture, et nous, les humains, semblons avoir une croyance presque innée - ou est-ce un espoir - que nous ne sommes pas seuls dans l'univers.

Mais cette présence extraterrestre régulièrement exposée est, bien sûr, une fiction. Aucune vie au-delà de la Terre n'a jamais été trouvée, il n'y a aucune preuve qu'une vie extraterrestre ait jamais visité notre planète. C'est toute une histoire.

Cela ne signifie pas, cependant, que l'univers est sans vie. Bien qu'aucun signe clair de vie n'ait jamais été détecté, la possibilité d'une biologie extraterrestre - la logique scientifique qui la soutient - est devenue de plus en plus plausible. C'est peut-être la plus grande réalisation du domaine en plein essor de l'astrobiologie, l'étude généralisée des origines de la vie ici et la recherche de la vie au-delà de la Terre.

En explorant et en éclairant le monde de la vie extrême sur Terre, en expérimentant comment la vie a commencé ici, en comprenant davantage la composition chimique du cosmos, en testant l'habitabilité lors de missions vers Mars, la lune de Saturne Titan et au-delà, un corps énorme de la science a déjà été réuni pour analyser et expliquer les origines, les caractéristiques et les éventuelles dimensions extraterrestres de la vie. Et contrairement aux extraterrestres et aux envahisseurs de vaisseaux spatiaux de la culture populaire, ces découvertes sont réelles.

Transformer la science-fiction en faits scientifiques

Considérez: le rover Curiosity a fermement déterminé que l'ancienne Mars était beaucoup plus humide et chaude et était un endroit entièrement habitable pour la vie microbienne. Tous les ingrédients nécessaires à la vie telle que nous la connaissons – les produits chimiques appropriés, une source d'énergie constante et de l'eau qui était probablement présente et stable à la surface pendant des millions d'années – étaient clairement présents.

La vie microbienne a-t-elle alors commencé ? Si oui, a-t-il évolué ? Ces questions restent sans réponse, mais cela est connu : si une deuxième genèse s'est produite sur Mars (ou sur la lune de Jupiter Europa, la lune de Saturne Encelade, ou n'importe où ailleurs dans notre système solaire), alors la probabilité augmente considérablement que de nombreuses autres formes de vie existent sur ces milliards d'exoplanètes et d'exlunes maintenant connus pour orbiter autour d'étoiles et de planètes lointaines. Une origine de la vie sur Terre pourrait être le résultat d'un cheminement remarquable et inexplicable vers la vie. Deux origines dans un système solaire suggèrent fortement que la vie est courante dans l'univers.

Considérez également la révolution de la compréhension qui a eu lieu depuis le milieu des années 1990 concernant les planètes et les lunes dans des systèmes solaires bien au-delà du nôtre. Depuis l'Antiquité, les philosophes de la nature, puis les scientifiques et d'autres incalculables ont prédit, supposé même, que de nombreuses autres planètes tournaient autour de leurs étoiles. À ce jour, des milliers d'exoplanètes ont été officiellement identifiées – via des missions de la NASA comme Kepler ainsi que des observations au sol – et des milliards d'autres attendent d'être découvertes. Et c'est juste dans notre galaxie de la Voie lactée.

Avec les progrès des instruments et des connaissances qui rendent possible la chasse aux exoplanètes, l'accent s'est affiné pour identifier les planètes situées dans des zones habitables – à des distances de leurs étoiles qui permettraient à l'eau de rester au moins périodiquement liquide à la surface d'une planète. La recherche d'exoplanètes est née dans les domaines de l'astronomie et de l'astrophysique, mais elle a toujours été étroitement liée à l'astrobiologie. Comme pour tant de missions de la NASA, la volonté large et intense de trouver et de comprendre les planètes et les lunes de la zone habitable améliore considérablement l'astrobiologie et est informée par l'astrobiologie.

Notre expérience dans la recherche de planètes lointaines vous fait également vous demander : la recherche de la présence actuelle ou passée de la vie extraterrestre sera-t-elle un jour considérée comme un parallèle à la recherche antérieure d'exoplanètes ? Les hommes et les femmes de science, ainsi que le grand public, supposaient intuitivement que des planètes existaient au-delà de notre système solaire, mais ces planètes n'ont été identifiées que lorsque notre technologie et notre pensée avaient suffisamment avancé. La découverte de la vie extraterrestre attend-elle de la même manière l'avènement de l'ère scientifique ?

Le passé comme guide du futur

La recherche en astrobiologie a lieu parce que son heure est venue. Des scientifiques du pays et du monde entier se penchent sur les problèmes de l'origine de la vie et de la vie au-delà de la Terre et développent des travaux passionnants et de pointe. Mais la NASA a également une "stratégie" d'astrobiologie décrivant où l'agence voit des lignes de recherche prometteuses - du très spécifique au large et large - que l'agence pourrait soutenir. Un échantillon d'exemples :

• Quelles ont été les étapes qui ont conduit les matériaux inanimés – roches, sédiments, composés organiques, eau – à se rassembler et à construire des organismes vivants, avec des gènes de réplication, des parois cellulaires et la capacité de se reproduire ?

• Qu'est-ce qui a conduit à la prolifération de nouvelles formes de vie sur Terre ?

• Comment l'eau et les composés organiques essentiels arrivent-ils sur les planètes et les lunes, et comment interagissent-ils avec les planètes et les lunes sur lesquelles ils atterrissent ?

• Est-il possible d'apprendre des produits chimiques et des minéraux à la surface des planètes si des microbes pourraient y vivre, y compris sous la surface de la planète ?

• Est-il possible, probable même, que la vie existe ailleurs à partir d'éléments autres que le carbone et d'un système différent de l'ADN ? Une telle vie pourrait-elle même exister ici sur Terre, mais n'est pas encore détectée ?


Astronomie et collaboration internationale

Les réalisations scientifiques et technologiques donnent un avantage concurrentiel important à n'importe quelle nation. Les nations sont fières de disposer des nouvelles technologies les plus efficaces et se battent pour réaliser de nouvelles découvertes scientifiques. Mais ce qui est peut-être plus important, c'est la manière dont la science peut rassembler les nations, en encourageant la collaboration et en créant un flux constant alors que les chercheurs parcourent le monde pour travailler dans des installations internationales.

L'astronomie est particulièrement bien adaptée à la collaboration internationale en raison de la nécessité d'avoir des télescopes à différents endroits du monde, afin de voir tout le ciel. Au moins dès 1887 - lorsque des astronomes du monde entier ont mis en commun leurs images de télescope et ont réalisé la première carte du ciel entier - il y a eu des collaborations internationales en astronomie et en 1920, l'Union astronomique internationale est devenue la première union scientifique internationale.

En plus de la nécessité de voir le ciel de différents points de vue sur Terre, la construction d'observatoires astronomiques au sol et dans l'espace est extrêmement coûteuse. Par conséquent, la plupart des observatoires actuels et prévus appartiennent à plusieurs nations. Toutes ces collaborations ont été jusqu'à présent pacifiques et réussies. Certains des plus notables sont :

L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un partenariat international entre l'Europe, l'Amérique du Nord et l'Asie de l'Est en coopération avec la République du Chili, est le plus grand projet astronomique existant.

The European Southern Observatory (ESO) which includes 14 European countries and Brazil, and is located in Chile.

Collaborations on major observatories such as the NASA/ESA Hubble Space Telescope between USA and Europe.


Astronomers Discover Seventeen New Extrasolar Planets

Using data gathered by NASA’s Kepler space telescope, a team of astronomers in Canada has discovered 17 new exoplanets, including an Earth-sized world. Designated KIC 7340288b, this planet is both rocky and in the habitable zone of its parent star.

Sizes of 17 new planet candidates, compared to Mars, Earth, and Neptune. The planet in green is KIC 7340288b. Image credit: Michelle Kunimoto.

“KIC 7340288b is about 1,000 light-years away, so we’re not getting there anytime soon,” said Michelle Kunimoto, a Ph.D. candidate at the University of British Columbia.

“But this is a really exciting find, since there have only been 15 small, confirmed planets in the habitable zone found in Kepler data so far.”

This planet is just 1.6 times bigger than Earth. It orbits its host star once every 142.5 days at a distance of 0.444 AU (just bigger than the orbit of Mercury in the Solar System) and receives about a third of the light Earth gets from the Sun.

Of the other 16 new planets discovered, the smallest is only two-thirds the size of Earth — one of the smallest planets to be found with Kepler so far. The rest range in size up to 8 times the size of Earth.

In the study, Kunimoto and her colleagues — Dr. Henry Ngo of the NRC Herzberg Astronomy and Astrophysics and University of British Columbia’s Professor Jaymie Matthews — used the transit method to look for planets among the roughly 200,000 stars observed by the Kepler mission.

“Every time a planet passes in front of a star, it blocks a portion of that star’s light and causes a temporary decrease in the star’s brightness,” she said.

“By finding these dips, known as transits, you can start to piece together information about the planet, such as its size and how long it takes to orbit.”

The astronomers also used the Near InfraRed Imager and Spectrometer (NIRI) on the Gemini North 8-m Telescope in Hawaii to capture follow-up images of some of the planet-hosting stars.

“We took images of the stars as if from space, using adaptive optics,” Kunimoto said.

“We’re able to tell if there was a star nearby that could have affected Kepler’s measurements, such as being the cause of the dip itself.”

In addition to the new planets, the team was able to observe thousands of known Kepler planets using the transit method, and will be reanalyzing the exoplanet census as a whole.

“We’ll be estimating how many planets are expected for stars with different temperatures,” Professor Matthews said.

“A particularly important result will be finding a terrestrial habitable zone planet occurrence rate. How many Earth-like planets are there? Stay tuned.”

The team’s paper was published in the Astronomical Journal.

Michelle Kunimoto et al. 2020. Searching the Entirety of Kepler Data. I. 17 New Planet Candidates Including One Habitable Zone World. UN J 159, 124 doi: 10.3847/1538-3881/ab6cf8


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