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Méthode du transit planétaire

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La méthode du transit planétaire est l'une des principales méthodes en exobiologie et astronomie pour la détection des exoplanètes. On l'utilise en particulier pour découvrir des superterres. Elle est souvent complétée par des mesures avec la méthode de vitesses radiales quand on veut être sûr d'une découverte et obtenir la masse et la densité d'une exoplanète.


Une vidéo sur les exoplanètes. © Esa/Cnes/CNRS, lycintersgel, Youtube

Principe de la méthode du transit planétaire

La méthode du transit planétaire est une méthode photométrique. Elle repose sur la mesure des faibles variations périodiques de la luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant elle. On peut assez bien déterminer la valeur de l’angle i que fait la normale au plan de l’orbite de la planète avec la ligne de visée d’un observateur. Cet angle doit être tout au plus légèrement inférieur ou supérieur à 90°, ce qui veut dire que si l’on peut compléter l’observation d’un transit par une mesure de vitesses radiales, il est possible de lever l’indétermination sur la masse de l’exoplanète.

Schéma illustrant le principe du transit planétaire s'accompagnant d'une baisse de luminosité (brightness) de l'étoile d'autant plus importante que l'exoplanète est de grande taille par rapport à son soleil. © Institute for Astronomy-University of Hawaï
Schéma illustrant le principe du transit planétaire s'accompagnant d'une baisse de luminosité (brightness) de l'étoile d'autant plus importante que l'exoplanète est de grande taille par rapport à son soleil. © Institute for Astronomy-University of Hawaï

Inconvénients de la méthode du transit planétaire

Toutefois, l’orientation de la normale dans l’espace du plan orbital d’une exoplanète est arbitraire et l’observation possible d’un transit est d’autant plus rare que la période de révolution d’une telle planète est importante. Il faut donc observer simultanément un grand nombre d’étoiles pour espérer surprendre un transit. De plus, il n’est pas forcément évident de distinguer une brusque et faible baisse de luminosité de l’étoile due à un transit d’une variation similaire liée à l’activité propre de l’étoile.

La courbe de luminosité d’une étoile est en effet fortement variable même si les amplitudes de ces variations sont faibles. Il convient d’ailleurs de placer un détecteur dans l’espace afin de s’affranchir des variations de luminosité causées par l’atmosphère de la Terre si l’on veut faire des mesures fines de photométrie pour les transits planétaires extrasolaires.

Enfin, il faut que le transit se répète périodiquement un nombre suffisant de fois avant de pouvoir commencer à envisager que l'on a détecté une exoplanète. Dans le cas d’une vraie exoterre, il faudrait donc attendre au moins 3 ans avant de parler d’une découverte, avec de plus une estimation de la masse fournie par la méthode des vitesses radiales

Deux courbes photométriques de variations de la luminosité d'une étoile pour deux exoplanètes, OGLE-TR 113 (en haut) et OGLE-TR 132 (en bas). © ESO
Deux courbes photométriques de variations de la luminosité d'une étoile pour deux exoplanètes, OGLE-TR 113 (en haut) et OGLE-TR 132 (en bas). © ESO

Les informations tirées d'un transit planétaire

La largeur et la profondeur de courbe de luminosité permettent d’avoir des renseignements sur l’exoplanète. En effet, connaissant le spectre de l’étoile, il est possible d’en tirer la valeur de son rayon. Or, la diminution relative du flux de lumière de l’étoile à l’occasion d’un transit est égale au carré du rapport du rayon de l’exoplanète à celui de son soleil. Si l’on connaît sa masse, on en déduit automatiquement sa densité moyenne.

Différentes courbes de lumières pour les transits de différentes exoplanètes découvertes par Kepler. © Nasa
Différentes courbes de lumières pour les transits de différentes exoplanètes découvertes par Kepler. © Nasa

Lors d’un transit, on peut aussi en tirer des informations sur la composition chimique et la température de l’atmosphère de l’exoplanète en mesurant le spectre de l’étoile sans transit, puis avec. En faisant la différence, le spectre propre de l’exoplanète apparaît.

Deux missions spatiales sont actuellement dédiées à l’étude, entre autres, des transits planétaires. Il s’agit de la mission Kepler de la Nasa et la mission Corot de l’Esa. En plus de nous donner des renseignements précieux sur la physique des étoiles, elles devraient nous permettre de détecter des planètes rocheuses dont des superterres et espérons-le, au moins une vraie exoTerre. On pourra alors réaliser des statistiques importantes pour l’exobiologie concernant les probabilités d’apparition de la vie dans la Voie lactée.

Une vue d'artiste d'une exoplanète en transit devant son étoile. C'est lors de ce genre d'événement que la méthode du transit planétaire permet de détecter des exoplanètes. © Nasa-Esa-G.Bacon Une vue d'artiste d'une exoplanète en transit devant son étoile. C'est lors de ce genre d'événement que la méthode du transit planétaire permet de détecter des exoplanètes. © Nasa-Esa-G.Bacon

Méthode du transit planétaire - 4 Photos


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