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Une nouvelle méthode pour détecter facilement des exoterres ?

ActualitéClassé sous :Astronomie , Marc Kuchner , Christopher Stark

La découverte d'exoterres, plus généralement de planètes telluriques, est aujourd'hui l'un des objectifs les plus intensément poursuivis par les astronomes. Deux chercheurs américains pensent avoir trouvé un moyen radicalement nouveau et bien plus simple : chercher des effets de lumière sur la poussière...

La lumière zodiacale. Crédit : Yuri Beletsky/ESO Paranal

Les planètes telluriques sont particulièrement difficiles à détecter du fait de leurs faibles masses. En effet, contrairement aux « Jupiter chauds » massifs et de grande taille, ces poids plume n'éclipsent que très peu la lumière de leur étoile et surtout ne lui imposent pas un mouvement d'amplitude assez grande. La vitesse à laquelle l'étoile, successivement, se rapproche et s'éloigne est alors trop faible pour que l'effet Doppler décale son spectre de façon significative. Quelle que soit la méthode, détection de ce décalage spectral ou de la baisse de luminosité de l'étoile lors d'un transit planétaire, les exoplanètes telluriques ne se signalent que de manière excessivement discrète.

Simuler l'effet de planètes virtuelles pour savoir lire les disques de poussière

Christopher Stark de l'Université du Maryland et Marc Kuchner du Goddard Space Flight Center de la Nasa à Greenbelt viennent de publier un article dans lequel ils proposent d'utiliser les propriétés des disques de poussières qui entourent les étoiles de type solaire. Selon eux, il serait possible d'en inférer la présence de planètes dont la masse peut aller de celle de Mars à cinq fois celle de la Terre. Un tel disque existe aujourd'hui encore autour du Soleil. Beaucoup plus ténu qu'au début de l'histoire du système solaire, il persiste car il est continuellement alimenté par les comètes et les chocs entre astéroïdes de la ceinture s'étendant entre Mars et Jupiter.

L'effet sur la structure d'un disque de poussière d'une planète (dust ring) de 5 fois la masse de la Terre. Des anneaux se forment et des zones brillantes apparaissent. Crédit : Nasa/Christopher Stark, GSFC

Cette poussière réfléchit les rayons solaires. Sur Terre, elle nous offre la lumière zodiacale, cette faible lueur dans le ciel nocturne, de forme vaguement triangulaire et qui s'étend à partir du côté du Soleil le long du plan de l'écliptique (ou du zodiaque qui lui a donné son nom). Les poussières qui en sont responsables sont réparties dans un volume en forme de lentille, centré sur le Soleil et s'étendant bien au-delà de l'orbite de la Terre.

Des résonances gravitationnelles peuvent apparaître dans ce disque de poussières et produire des anneaux. Ceux de Saturne ont la même origine. Les structures qui s'y forment sont dynamiques et génèrent, voilà la clé, des zones plus réfléchissantes que les autres. Comme il s'agit de structures de grandes tailles éloignées de l'étoile, bien que peu brillantes, elles devraient pouvoir être observées avec des télescopes sans nécessiter un très fort pouvoir de résolution ni des techniques de traitement de l’image pour soustraire le flot de lumière stellaire, des conditions indispensables pour repérer une exoplanète avec les autres méthodes.

Une des simulations de Clark et Kuchner. En rouge les régions de plus hautes densités et en violet les plus basses. Crédit : Nasa/Christopher Stark, GSFC

Encore faut-il savoir déduire de l'observation de ces effets lumineux d'utiles informations sur la ou les planètes telluriques qui en sont la cause. C'est ce moyen qu'ont cherché à mettre au point Clark et Kuchner. A l'aide de 120 simulations différentes comportant chacune 25.000 particules figurant les grains de poussières, ces deux chercheurs ont relié le profil de luminosité des disques et de leur anneaux aux paramètres de masse et d'orbite d'exoplanètes telluriques variées. Il devrait donc désormais être possible d'effectuer le chemin inverse et de remonter aux caractéristiques de planètes invisibles à partir de ces profils de luminosité...

Les catalogues ainsi produits devraient être précieux lorsque les télescopes spatiaux  James Webb et Terrestrial Planet Finder seront lancés. Le premier devrait l'être en 2013 et il succédera à Hubble

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