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Des milliards de planètes

Des milliards de Terres dans notre Galaxie

   Catégorie : exoplanètes
Mise à jour 01 juin 2013

Dans notre système solaire, le Soleil a capté 99,86% de la masse totale de la poussière et du gaz de la nébuleuse originelle. Jupiter, la plus grosse planète du système, a capté 71% de la masse restante.
Les autres planètes se sont partagées le résidu de cette évolution gravitationnelle, c'est à dire 0,038% de la masse totale.
Même en capturant 99,86% de la matière de la nébuleuse originelle, de gaz et de poussière, une étoile laisse suffisamment de matière pour que 7 planètes et des milliards d'objets telluriques (astéroïdes, comètes, planètes naines), se développent.
Il n'y a donc rien d'étonnant à ce qu'il y ait beaucoup plus de planètes que d'étoiles dans les galaxies.
Pour qu'il n'y ait aucune planète dans un système solaire, il faut que l'étoile capture l'intégralité de la matière de la nébuleuse, ce qui est improbable.
Encore fallait-il trouver le moyen de le prouver.
En juillet 2011, plus de 1200 exoplanètes avaient été découvertes par les méthodes classiques des oscillations ou de variation d'éclat.
Une équipe de scientifiques de l'Observatoire Européen Austral (ESO), a utilisé la technique des microlentilles gravitationnelles, afin d'évaluer le nombre de planètes moyen, autour d'une étoile.
Après six ans d'observation, cette équipe arrive à la conclusion qu'il y a, au moins une planète autour d'une étoile. Le résultat de cette étude a été publié dans la revue Nature du 12 janvier 2012.
La chasse aux exoplanètes consiste à repérer les oscillations des étoiles, aux caractéristiques identiques au Soleil. Cette chasse se limite principalement aux géantes gazeuses qui tournent autour de leur étoile et de plus en plus de nouvelles étoiles sont découvertes avec des oscillations cycliques.
Une autre caractéristique de la présence de planètes autour d'une étoile est la variation d'éclat de cette étoile. Quand une planète passe devant son étoile, l'éclat de l'étoile montre une petite variation.

 

Cette variation peut révéler la taille et d'autres caractéristiques de la planète. Ces deux techniques concernent les grosses planètes ou les planètes proches de leur étoile, ou les deux. Mais les petites planètes de la taille de la Terre sont invisibles.
La méthode utilisée par l'équipe internationale d'astronomes est nouvelle, car elle permet de détecter n'importe que type de planètes. Cette méthode s'inspire des lentilles gravitationnelles (image ci-contre).
En astrophysique, une illusion, que les astronomes connaissent bien, est la lentille gravitationnelle ou mirage gravitationnel. Un objet massif, un amas de galaxies par exemple, qui se situe entre un observateur et une source lumineuse lointaine, imprime une forte courbure à l'espace-temps. Cela a pour effet de dévier tous les rayons lumineux qui passent près de l'objet, déformant ainsi les images reçues par l'observateur.
Cette amplification de la luminosité, d’un objet céleste lointain, par un astre massif situé devant, a été prédit par la théorie générale de la relativité en 1917.
Les objets massifs modifient la géométrie de l'espace et du temps dans leur voisinage. La lumière quant à elle emprunte toujours le chemin le plus court, mais dans un espace courbe modifié par la présence d'une masse gigantesque, le chemin le plus court n'est pas la ligne droite. Le trajet des rayons lumineux se courbe au voisinage des astres massifs.
Arnaud Cassan de l'Institut d'Astrophysique de Paris et auteur de l'article publié dans Nature, dit : « 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 massives, doivent être plus courantes que les planètes plus massives. »

 lentille gravitationnelle, HST

Image : Cette lentille gravitationnelle montre d'étranges objets bleus étirés. Ils s'étalent en cercle sur cette image, mais ne sont que des vues multiples d’une seule et même galaxie annulaire.
La forme singulière de la galaxie bleue d’arrière plan (au centre de l'amas), a permis de déduire que c'est la même galaxie que nous voyons sur cette image à 4 heures, 10 heures, 11 heures et 12 heures.
Cette amplification de la luminosité, d’un objet céleste lointain, par un astre massif situé devant, a été prédit par la théorie de la relativité générale en 1917.

Conclusion statistique

    

Pour détecter les planètes, les astronomes ont utilisé la méthode de lentille gravitationnelle qui amplifie la lumière d'une étoile d'arrière-plan. En effet le champ gravitationnel d'un système (étoile et ses objets), agit comme une loupe, amplifiant la lumière d'une étoile située derrière. Cette augmentation de luminosité est variable, lorsque le système de premier plan possède une planète ou plus. L'observation de ces évènements rares de microlentilles, a pu être mise en œuvre grâce à un réseau de télescopes situés dans l'hémisphère sud, en Australie, en Afrique du Sud et au Chili.
Le programme d'observation permet de détecter des planètes situées entre 75 millions de kilomètres et 1,5 milliard de kilomètres, d'une masse comprise entre cinq fois la masse de la Terre et 10 fois celle de Jupiter. En observant des milliers d'étoiles, les scientifiques augmentent leur chance de détecter des microlentilles. En effet il faut beaucoup de chance car cela demande une conjonction particulière. Il faut trouver deux systèmes stellaires, avec un alignement parfait entre l'étoile d'arrière-plan et l'étoile de premier plan, qui va servir de loupe.

 

Ensuite il faut détecter la planète.
Pour cela il faut que le plan de l'orbite de la planète soit aussi aligné, c'est à dire vu par la tranche (voir l'image ci-contre). C'est pour toutes ces raisons que les scientifiques n'ont pu observé que trois exoplanètes au cours de six années d'observation intense.
Est-ce que cela veut dire que les astrophysiciens ont eu une chance considérable ou que les planètes sont si nombreuses, que malgré le contexte, on ne pouvait pas, ne pas en trouver ?
La conclusion statistique 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.
« 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.

 Méthode d'observation d'éxoplanète par le phénomène de microlentille

Image : Pour détecter la planète il faut que le plan de l'orbite de la planète soit aligné avec l'étoile d'arrière plan.

Il est plus juste de dire "théorie générale de la relativité" que "théorie de la relativité générale", c'est la théorie qui est générale et non la relativité. La théorie générale étend la théorie restreinte de la relativité, à la gravitation.
Pour les puristes, la théorie générale de la relativité est une théorie relativiste de la gravitation élaborée entre 1907 et 1915 principalement par Albert Einstein. Marcel Grossmann et David Hilbert sont également associés à cette réalisation pour avoir aidé Einstein à franchir les difficultés mathématiques de la théorie. La théorie générale de la relativité énonce que la gravitation est la manifestation de la courbure de l'espace-temps, produite par la distribution de la matière et de l'énergie. La mesure de la courbure moyenne de l'espace-temps est égale à la mesure de la densité d'énergie (Gij = χ Tij) Gij est le tenseur d'Einstein qui représente la courbure de l'espace-temps en un point, Tij est le tenseur énergie-impulsion qui représente la contribution de toute la matière et énergie à la densité d'énergie en ce point du champ gravitationnel. χ est un simple facteur dimensionnel, permettant d'exprimer l'équation dans les unités usuelles et de faire correspondre l'équation à la réalité physique et à la valeur observée de la constante gravitationnelle.

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