Comment les télescopes de nouvelle génération nous aideront à chasser les exoplanètes

Ces dernières années, nous avons découvert un nombre étonnant de planètes situées en dehors de notre propre système solaire. En plus de ceux qui sont potentiellement habitable, nous avons également trouvé des exoplanètes plus chaud que les étoiles, avoir pluie de fer et ciel jaune, et qui ont le densité de barbe à papa. Mais nous n’avons encore qu’effleuré la surface de ce qui existe.

La prochaine génération de missions de chasse aux planètes ira encore plus loin, en identifiant les exoplanètes et en déterminant leur habitabilité même à des milliers d’années-lumière. Pour en savoir plus sur la manière de chasser l'aiguille d'une planète dans la botte de foin de notre galaxie, nous avons discuté avec trois experts travaillant sur des projets d'exoplanètes de pointe.

Une explosion d'exoplanètes

Les premières exoplanètes ont été découvertes en 1992 et, en moins de trois décennies, le nombre de planètes connues en dehors de notre système solaire a explosé. NASA estimations que le nombre d’exoplanètes connues double environ tous les 27 mois.

La découverte d'exoplanètes a commencé grâce à des télescopes au sol, comme la célèbre découverte de l'exoplanète 51 Peg b en 1995, pour laquelle deux astronomes suisses ont reçu le prix Nobel. Mais la chasse aux exoplanètes est vraiment passée à la vitesse supérieure avec l’avènement des télescopes spatiaux de chasse aux planètes comme celui de la NASA. Kepler et TESS missions.

Aujourd’hui, de nouvelles missions de la NASA et de l’ESA (Agence spatiale européenne) identifient et examinent les exoplanètes lointaines de manière plus détaillée que jamais.

Trouver des exoplanètes dans notre galaxie

PLATO est le télescope spatial de chasse aux planètes de nouvelle génération de l’ESA, et il est actuellement en construction en vue d’un lancement en 2026. La mission se concentrera sur les étoiles brillantes relativement proches de nous dans la galaxie, généralement dans une région comprise entre 300 et 1 000 années-lumière, en regardant chaque zone pendant au moins deux ans.

La mission recherchera des mondes habitables en utilisant la méthode du transit, dans laquelle les chercheurs mesurent la luminosité d'une étoile lointaine. Si la luminosité de l'étoile diminue à intervalles réguliers, cela implique qu'une planète passe entre nous et l'étoile, bloquant une partie de la lumière émise par l'étoile et provoquant un plongeon luminosité. Mesurer précisément ce creux permet à des instruments comme PLATO de calculer très précisément la taille de la planète.

La période d'observation de deux ans permet aux scientifiques de rechercher des planètes à période plus longue. Ainsi, alors qu'une mission comme Kepler a observé une petite zone du ciel pendant une longue période et que TESS s'est penchée sur de grandes régions pour le ciel pendant une courte période de temps, PLATON observera à la fois une grande région et pendant une longue période. temps.

Nous aurons besoin d’instruments avec une période d’observation plus longue que les missions précédentes pour repérer des planètes comme la nôtre, a expliqué Ana Heras, scientifique du projet PLATO, à Digital Trends dans une interview. « Nous voulons détecter des planètes semblables à la Terre, et cela signifie que si vous voulez voir une planète semblable à la Terre dans le zone habitable, il aura une période orbitale d’un an », a-t-elle déclaré. "Nous devons donc observer pendant au moins deux ans, car nous voulons voir au moins deux transits."

Les modèles actuels suggèrent que l'observation de deux transits d'une étoile donnée devrait fournir suffisamment de données pour identifier et, dans une certaine mesure, caractériser une exoplanète, mais il est possible que PLATON observe la même zone pendant trois ou même quatre ans si nécessaire.

En plus de ces planètes semblables à la Terre, PLATO examinera également des étoiles naines rouges plus froides, qui pourraient potentiellement avoir des exoplanètes habitables en orbite autour d'elles. Le photomètre très précis du télescope peut également mesurer des informations sur les oscillations des étoiles observées, ce qui peut renseigner les scientifiques sur leur structure interne et leur âge. "Cela nous permettra de faire progresser de manière fantastique la compréhension de l'évolution stellaire et les connaissances générales sur la physique stellaire", a déclaré Heras.

L’une des possibilités les plus intéressantes de PLATO est qu’elle est si précise qu’elle pourrait même détecter des lunes en orbite autour d’exoplanètes, appelées exolunes. Il va de soi que des lunes existent en dehors de notre système solaire, mais les méthodes actuelles n’ont pas encore confirmé définitivement leur détection.

La possibilité que PLATON puisse trouver une telle lune ouvre la possibilité de rechercher différents types d'environnements habitables — non seulement des planètes semblables à la Terre, mais aussi des lunes similaires à celles comme Encelade, la lune de Saturne qui est l’un des endroits non terrestres potentiellement habitables les plus prometteurs de notre système solaire.

Combien de planètes y a-t-il dans notre galaxie ?

Nous avons découvert jusqu’à présent environ 4 200 exoplanètes, et d’autres sont annoncées pratiquement chaque mois. Mais une question ouverte demeure quant au nombre exact de planètes qu’il y a dans notre galaxie. L'utilisation de méthodes telles que la méthode du transit ne révèle que les planètes dans des configurations particulières, en particulier celles qui sont proches. orbites vers leurs étoiles - nous avons donc besoin d'une vue d'ensemble de la galaxie pour avoir une meilleure idée du nombre de planètes qui s'y trouvent total.

C’est ce que la NASA prévoit Télescope spatial romain Nancy Grace, ou simplement Roman, a pour but de découvrir. Le télescope est actuellement en construction et, une fois lancé fin 2025 ou début 2026, il lancera une étude du ciel nocturne appelée Roman Galactic Exoplanet Survey (RGES).

Le but de cette enquête n'est pas de découvrir ou d'étudier des exoplanètes en soi, mais plutôt d'acquérir une vue d'ensemble du nombre d'étoiles de notre galaxie qui hébergent des systèmes planétaires et de la manière dont ces systèmes sont distribué.

Détecter les planètes en courbant la lumière

Pour effectuer son étude du ciel, Roman utilisera une technique appelée microlentille, qui permet de détecter les exoplanètes mais qui renseigne principalement les scientifiques sur les étoiles autour desquelles les planètes gravitent.

« Les microlentilles sont uniques à bien des égards », a déclaré Scott Gaudi, chercheur principal du RGES, à Digital Trends dans une interview. Il est basé sur un processus appelé lentille gravitationnelle, utilisé pour détecter les étoiles. "La façon dont cela fonctionne est que si vous regardez une étoile pendant assez longtemps (environ 500 000 ans), alors, par hasard, une autre étoile au premier plan apparaîtra. flottez suffisamment près de votre ligne de mire de cette étoile d’arrière-plan pour diviser la lumière de cette étoile d’arrière-plan en deux images », a-t-il déclaré. expliqué.

"L'étoile source d'arrière-plan est éclairée lorsque l'étoile de premier plan passe devant elle, car la gravité de l'étoile de premier plan dévie les rayons lumineux qui auraient pu s'éloigner. de la ligne de mire. Cela signifie que si les scientifiques observent qu'une étoile de fond devient plus brillante puis s'affaiblit, ils peuvent en déduire qu'une autre étoile est passée entre elle et nous.

Cette technique peut être affinée davantage pour détecter les exoplanètes. "Si cette étoile au premier plan a une planète, alors cette planète a une masse, ce qui signifie qu'elle peut également lentiller gravitationnellement cette étoile", a déclaré Gaudi. "Donc, si l'une de ces deux images de cette étoile d'arrière-plan créée par l'étoile hôte de premier plan passe près de la planète, cela provoquera un bref un éclaircissement ou une atténuation supplémentaire, qui dure entre quelques heures, dans le cas d'une planète de masse terrestre, et quelques jours, dans le cas d'une planète de masse Jupiter planète."

Le problème est que ces événements, dans lesquels les planètes et les étoiles s’alignent de manière précise, sont rares et imprévisibles. Ainsi, pour les capturer, les astronomes doivent observer un très grand nombre d’étoiles. "Vous obtenez un événement de lentille par étoile tous les 500 000 ans, donc c'est long à attendre", a déclaré Gaudi. "Au lieu de cela, nous surveillons environ 100 millions d'étoiles dans le renflement galactique [une zone densément peuplée d'étoiles au milieu de notre galaxie] et, à tout moment, plusieurs milliers sont filmées."

Roman sera particulièrement adapté à ce type d’investigation car il possède un très large champ de vision, lui permettant d’observer une grande partie du renflement galactique. Il peut également surveiller ces millions d’étoiles sur une échelle de temps de 15 minutes, permettant ainsi aux chercheurs de capturer ces événements de lentille au fur et à mesure qu’ils se produisent.

Missions complémentaires

Les principales données dont nous disposons jusqu'à présent sur le nombre d'exoplanètes susceptibles d'exister dans notre galaxie proviennent du télescope spatial Kepler, aujourd'hui à la retraite, qui a étudié le ciel entre 2009 et 2018, mesurant la luminosité de quelque 150 000 étoiles pour rechercher des exoplanètes en utilisant le transit méthode.

Cette mission a jeté les bases de la recherche actuelle sur les exoplanètes. Cependant, en raison de la méthode utilisée par Kepler, il existe encore de nombreuses exoplanètes qu’il aurait pu manquer. Le projet Roman vise à prolonger et compléter ce travail en utilisant une méthode différente.

"L'enquête RGES est importante car elle sera complémentaire à celle de Kepler", a expliqué Gaudi. « La méthode des microlentilles est intrinsèquement sensible aux planètes qui sont plus éloignées, donc les planètes dont les orbites sont à peu près plus grandes que celle de l'orbite terrestre. Terre." Si cette méthode était utilisée par des extraterrestres lointains pour observer notre système solaire, par exemple, elle serait capable de détecter toutes les planètes à l'exception de Mercure.

« Alors que Kepler n’était qu’à peine sensible aux planètes de masse terrestre. Nous avons donc vraiment besoin de faire l’enquête RGES pour faire ce recensement statistique des exoplanètes dans la galaxie », a déclaré Gaudi.

Les microlentilles ne dépendent pas non plus de la lumière vive des étoiles observées, elles permettent donc aux scientifiques d’observer des systèmes à la fois proches de nous et aussi éloignés que le centre de la galaxie. Roman permettra aux chercheurs d'acquérir une compréhension statistique de la façon dont les systèmes planétaires sont répartis dans notre galaxie, Gaudi a déclaré: « Nous pouvons donc réellement déterminer la distribution galactique des systèmes exoplanétaires, ce qui est fondamentalement impossible avec tout autre système. technique."

Caractériser les exoplanètes à l'aide de transits

Les télescopes PLATO et Roman seront d'une valeur inestimable pour découvrir de nouvelles exoplanètes et estimer le nombre total d'exoplanètes existant dans notre galaxie. Mais une fois que nous savons combien il y a de planètes et où elles se trouvent, nous avons besoin de nouveaux outils pour en apprendre davantage sur ces planètes, en étudiant des caractéristiques telles que leur masse, leur taille et leur âge. Ces informations peuvent nous aider à déterminer quels types de planètes existent, qu’il s’agisse de géantes gazeuses comme Jupiter ou Saturne ou de mondes rocheux comme la Terre et Mars.

L'ESA a récemment lancé un nouveau télescope spatial appelé CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) qui étudie les exoplanètes depuis l'orbite. Le projet CHEOPS découvrira probablement de nouvelles exoplanètes au cours de son mandat, mais son objectif principal est d'étudier plus en détail les exoplanètes découvertes par d'autres enquêtes en utilisant la méthode du transit.

"Nous sommes en fait une mission de suivi", a expliqué Kate Isaak, scientifique du projet CHEOPS, à Digital Trends dans une interview. "Nous effectuons un suivi pour déterminer, entre autres, la taille des exoplanètes connues."

Cela signifie que les scientifiques de ce projet ont un avantage dans leurs observations, car ils disposent déjà des informations dont ils ont besoin sur le moment où un transit aura lieu. Ils peuvent pointer l’instrument vers la planète cible juste au bon moment lors de son transit afin de capturer des informations la concernant.

CHEOPS a été lancé il y a seulement quelques mois mais il a déjà découvert de nouvelles informations sur le planète KELT-11 b, découvrant que cette planète étrange a une densité si faible qu'elle « flotterait sur l'eau dans une piscine suffisamment grande », selon une déclaration des chercheurs.

À la recherche de la Terre 2

La détection et l'étude des exoplanètes ne consistent pas seulement à découvrir des mondes étranges comme KELT-9b ou AU Micro b cependant. Il s’agit également de la plus grande des questions: celle de savoir si la vie existe ou non en dehors de la Terre. Les travaux effectués par les astronomes commencent désormais à étudier la question non seulement de savoir où se trouvent les planètes, mais aussi si elles pourraient être habitables. À terme, ils pourraient aider à déterminer si ces planètes lointaines hébergent effectivement de la vie.

"L'un des Saint Graal de la science des exoplanètes est la recherche de la vie", a déclaré Isaak. « L’une des choses que les gens recherchent est une planète semblable à la Terre. Une Terre 2, pourrait-on dire. Cela implique de rechercher une planète rocheuse dans la zone habitable d’une étoile – la distance d’une étoile à laquelle de l’eau liquide peut exister à la surface de la planète. Les futures missions, comme le prochain télescope spatial James Webb, pourront même déterminer si les exoplanètes lointaines ont une atmosphère.

Heras, le scientifique du projet PLATO, a reconnu l'importance de la recherche d'habitabilité. "L'étude d'exoplanètes potentiellement habitables est vraiment la prochaine étape pour comprendre non seulement comment les planètes évoluent, mais aussi peut-être comment la vie est apparue", a-t-elle déclaré. "Après tout ce que nous avons appris sur les exoplanètes, la prochaine étape consistera à en apprendre davantage sur le développement de la vie et sur la façon dont la vie a commencé."

Il reste également une grande question ouverte: existe-t-il d’autres systèmes solaires similaires au nôtre. "Nous aimerions également savoir à quel point notre planète est unique", a déclaré Heras. Elle a expliqué que même parmi les milliers d’exoplanètes découvertes, très peu d’entre elles se trouvent dans la zone habitable de leurs étoiles. "Nous ne savons donc pas encore vraiment, avec nos connaissances, à quel point notre système solaire est unique et à quel point la Terre est unique."

La question ultime

Ce lien entre la découverte d’exoplanètes et la recherche de la vie anime à la fois les scientifiques travaillant sur ces projets et l’appétit du public pour la découverte de mondes lointains. Il est impossible d’entendre parler d’exoplanètes bizarres et de ne pas imaginer ce que ce serait de vivre dans ces endroits étranges.

"Les exoplanètes sont fascinantes, ne serait-ce que parce qu'elles sont faciles à comprendre", a déclaré Isaak. « Nous vivons sur une planète. La question de savoir si nous sommes seuls est profonde – philosophiquement, physiquement, psychologiquement – ​​c’est une question fascinante et que nous pouvons facilement comprendre. Rechercher et étudier les exoplanètes sont des étapes vers la question de savoir si nous sommes seuls… Avec CHEOPS, nous n’allons pas trouver la vie. Nous ne terminerons pas la mission en disant que nous avons découvert des petits hommes verts sur la planète X. Mais ce que nous ferons, c’est contribuer au processus par lequel vous pourrez y parvenir à long terme.

Même si la recherche de la vie ne donne rien, ce serait quand même une découverte profonde. Et la recherche elle-même peut stimuler l’investigation scientifique et une profonde contemplation de notre place dans l’univers.

"Je pense que nous recherchons tous un sens", a déclaré Gaudi. « Si nous pouvions d’une manière ou d’une autre avoir une idée quant à savoir si la vie, même simple, est apparue sur une autre planète indépendamment de la vie sur Terre – ou sinon et nous sommes cosmiquement seuls - l'un ou l'autre aurait un impact très profond sur notre vision de nous-mêmes et de notre place dans le monde. univers. C’est ce sens qui me pousse personnellement à étudier la recherche d’habitabilité et potentiellement de vie.