Association Marseillaise d'AStronomie

Les exoplantes, d'autres mondes...

Claire Moutou (LAM, novembre 2004)

page 1

Introduction
Jusqu' rcemment, le systme solaire tait unique ; nous ne connaissions pas d'autre toile que le Soleil qui soit entoure d'un cortge de plantes, cause de la difficult de dtecter la prsence de ces plantes. C'est pour la premire fois en 1995 qu'une quipe suisse, dirige par Michel Mayor, a mis en vidence la prsence d'une plante semblable Jupiter autour de l'toile 51 de la constellation de Pgase (plante dnomme 51 Pgase b). Cette premire plante extrasolaire surprenait pour la courte distance qui la spare de son toile : peine 5% de la distance entre la Terre et le Soleil. Depuis, plus de 130 plantes extrasolaires ont t dcouvertes et notre vision de ces mondes extrieurs a profondment volu. Dans cet article, nous ferons le tour des connaissances acquises presque 10 ans aprs la dcouverte de 51 Pgase b, et nous visiterons les ides et projets qui permettront, plus long terme, de dcouvrir des plantes semblables la Terre... si elles existent.
51 Pgase b
Figure 1 : Une vue d'artiste de la plante extrasolaire 51 Pgase b, depuis sa Lune...
Les mthodes utilises
Les techniques utilises ce jour pour l'observation des plantes extrasolaires sont presque toutes indirectes. C'est--dire qu'elles s'attachent mesurer et analyser des particularits de l'toile, mettant en vidence la prsence d'une plante. Nous dcrirons ici plus en dtail les deux mthodes principales, appeles vlocimtrie et transit .

La vlocimtrie est base sur la mesure du mouvement d'une toile le long de la ligne de vise, mouvement que l'on peut estimer prcisment en observant la dcomposition de sa lumire en longueurs d'onde (le spectre de l'toile). Lorsqu'une plante tourne autour de l'toile, c'est en fait l'toile et la plante qui tournent autour de leur centre de gravit (voir figure 2); les sytmes toile-plante ont t dcrits par les lois de Kepler1 au 17me sicle. L'toile parait donc s'approcher et s'loigner priodiquement, avec une amplitude qui dpend du rapport des masses des deux corps et de la distance les sparant. Ce mouvement induit un dcalage infime du spectre de l'toile, vers le rouge quand elle s'loigne de l'observateur, et vers le bleu lorsqu'elle s'en rapproche2. On mesure, en fonction du temps, la vitesse radiale de l'toile, donc la vitesse de son oscillation sur la ligne observateur-toile.

systme toile-plante
Figure 2 : Dans un systme toile-plante, les deux corps tournent autour de leur centre de gravit, situ lgrement en dehors du centre de l'toile ; celle-ci parat donc s'loigner et se rapprocher, avec la mme priodicit que le mouvement de rvolution de la plante.
La vlocimtrie est une technique bien matrise depuis plus de 20 ans. Si elle tait d'abord utilise pour dcouvrir les toiles doubles, ayant gagn en prcision, elle permet maintenant de dtecter une fluctuation de vitesse radiale due un compagnon plantaire d'une dizaine de masses terrestres seulement. Ces variations sont d'autant plus importantes que la plante est proche de l'toile, et qu'elle est massive. Ceci explique que l'on ait d'abord dcouvert des plantes gantes courte priode, comme 51 Pgase b qui accomplit son orbite en seulement 4,2 jours. Une mesure de la masse est donc possible partir de la courbe de vitesse radiale, ainsi que l'estimation des paramtres orbitaux de la plante. En fait, c'est seulement pour les systmes plantaires vus par la tranche que la masse mesure est la masse relle de la plante. Sinon, on mesure une valeur infrieure de cette masse et il faudrait connatre l'inclinaison de l'orbite pour lever l'indtermination (figure 3). Enfin, cette mthode s'applique de faon favorable un certain type d'toiles, savoir des toiles assez semblables au soleil (il faut que leur spectre contienne beaucoup de raies d'absorption), et assez brillantes pour que leur spectre puisse tre prcisment mesur ; on peut sonder avec les instruments les plus rcents les toiles jusqu' environ 200 annes-lumire.
Variation vitesse radiale compltement due  la plante
La variation de vitesse compltement due la plante observe
Partiellement observe, valeur infrieure  la masse
Elle est partiellement observe, valeur infrieure de la masse
Plus dcelable
Elle n'est plus dcelable
Figure 3 : les effets de l'inclinaison orbitale sur la mesure de vitesse radiale
La mthode des vitesses radiales a permis de dcouvrir ce jour environ 130 plantes extrasolaires, c'est--dire quasiment la totalit des plantes connues. Nous verrons leurs caractristiques dans le chapitre suivant.
courbe de vitesses radiales de 51 Pgase b le tlescope de 193cm de l'Observatoire de Haute Provence
Figure 4 : A gauche, la courbe de vitesses radiales de 51 Pgase b ; l'axe horizontal correspond au temps, et l'axe vertical est la mesure de la vitesse de l'toile sur la ligne de vise observateur-toile. A droite, le tlescope de 193cm de l'Observatoire de Haute Provence, auquel on doit la dcouverte de la premire exoplante (Mayor et Queloz 1995).
Note 1
Les 3 lois de Kepler dcrivent le mouvement des plantes sous la forme d'ellipses, et tablissent la relation entre la priode orbitale et la distance toile-plante.
Note 2
C'est l'effet Doppler, que l'on observe aussi au passage d'une sirne : le son mis est plus aigu quand la sirne s'approche, et plus grave quand elle s'loigne.