LES SCIENCES DANS PLATO
La méthode des vitesses radiales
Détecter les mouvements de l’étoile dus à l’attraction gravitationnelle de sa planète.
1995
Découverte de 51 Pegasi b (première exoplanète découverte par vitesse radiale)
18%
Des découvertes d’exoplanètes sont faites via cette méthode
900
Exoplanètes découvertes avec cette méthode
LES VITESSES RADIALES, QU’EST CE QUE C’EST ?
Lorsqu’une planète orbite autour de son étoile hôte, celle-ci se déplace d’avant en arrière le long de la ligne de visée sous l’effet de l’influence gravitationnelle de la planète. On peut détecter le mouvement de l’étoile en observant l’effet Doppler sur la lumière qui nous parvient.
Cette méthode de détection indirecte favorise la découverte de planètes massives et proches de leur étoile, comme 51 Pegasi b (première exoplanète confirmée détecté par vitesse radiale), mais les progrès récents des spectrographes permettent aujourd’hui de détecter ou de confirmer des planètes beaucoup moins massives, en principe jusqu’à la masse de la Terre.
3 CONCEPTS CLÉS À COMPRENDRE
La vitesse des étoiles
Tout corps en mouvement possède une composante de sa vitesse qui est orientée vers l’observateur, appelée vitesse radiale. En la mesurant, on détermine à quelle vitesse le corps en mouvement se rapproche, ou s’éloigne de l’observateur.
Ce concept est utilisé dans de nombreux domaines dont la mesure par radar Doppler, les sonars, mais aussi en astronomie.
L’effet Doppler-Fizeau
Lorsqu’un corps s’approche ou s’éloigne de l’observateur, ce dernier va percevoir une modification de la fréquence des ondes qu’il reçoit du corps en mouvement. Par exemple, le son d’une ambulance devient plus aigu au fur et à mesure qu’elle s’approche de vous, dès qu’elle vous dépasse et s’éloigne la sirène semble émettre un son plus grave. C’est l’effet Doppler.
Cet effet s’applique aussi aux ondes électromagnétiques, et donc à la lumière. Ainsi, quand l’étoile se rapproche de nous, ses ondes électromagnétiques se décalent vers des fréquences plus élevées, donc vers le bleu, quand elle s’éloigne les fréquences se décalent vers le rouge. L’amplitude de ces décalages est proportionnelle à la vitesse de l’étoile.
La loi de la gravitation
Elle exprime l’effet gravitationnel d’un corps de masse A sur un corps de masse B. La force de gravitation est attractive, et conduit les deux corps à décrire une trajectoire cyclique, appelée orbite, autour de leur centre de masse.
Lorsque les deux corps sont de masses voisines, leurs deux mouvements sont facilement distinguables. Mais si l’un des corps est beaucoup plus massif (comme notre Soleil) il semblera presque fixe tandis que l’autre (comme notre Terre) sera animé d’un mouvement beaucoup plus important. C’est la situation que nous rencontrons dans le cas d’une exoplanète en orbite autour d’une étoile : la planète a un mouvement important mais elle est invisible, tandis que l’étoile, bien visible, n’est animée que d’un mouvement infinitésimal.
COMMENT LES REPÉRER ?
- On mesure le spectre de lumière de l’étoile avec un spectroscope
- On regarde si certaines lignes du spectre se décalent vers le rouge ou le bleu (effet Doppler-Fizeau)
- Cela permet de calculer les vitesses de l’étoile, et en appliquant les lois de la gravitation, la masse minimale de la planète qui pourrait provoquer ce mouvement.
- On répète la mesure plusieurs fois pour confirmer que le mouvement est périodique, ce qui montre qu’il s’agit d’une planète en orbite autour de l’étoile.
LES TECHNIQUES DE DÉTECTION DES EXOPLANÈTES
Les techniques de détection des exoplanètes se sont diversifiées depuis les années 1990. On les classe en deux catégories : les méthodes directes et les méthodes indirectes. La méthode des vitesses radiales se place dans la catégorie des méthodes indirectes. En observant les oscillations stellaires, les astronomes détectent des exoplanètes invisibles en utilisant les méthodes directes.
Partez à la découverte de ces méthodes de détection des exoplanètes grâce à cette vidéo explicative du CEA.
© CEA Recherche
LA MÉTHODE DES VITESSES RADIALES DANS PLATO
Dans la mission PLATO cette méthode est principalement utilisée pour compléter et confirmer les détections de planètes obtenues par la méthode des transits. Les données obtenues par la méthode des vitesses radiales, recueillies depuis le sol pour les planètes découvertes, permettront de mesurer le rapport entre la masse des planètes et celle de leurs étoiles.
Grâce à l’astérosismologie, PLATO pourra déterminer le rayon, la masse et l’âge des étoiles observées. Nous pourrons donc en déduire la masse et l’âge des planètes détectées. Et puisque la méthode des transits nous donnera le rapport des rayons de planète et de l’étoile, nous en déduirons la densité moyenne des planètes et nous pourrons évaluer les nature : rocheuse, liquide, gazeuse.
POUR EN SAVOIR +
Observatoire de Paris
Méthodes dynamiques : vitesses radiales
Vidéo e-profs Physique Chimie
Comment détecter des exoplanètes ? Effet Doppler-Fizeau Vitesse radiale
Conférence de Didier Quéloz
De la Terre aux autres Terres
Culture sciences physique