LES SCIENCES DANS PLATO
La méthode des transits planétaires
Détecter les planètes cachées.
1999
Première découverte par transit
+ 2 000
Découvertes avec cette méthode
8 819
exoplanètes non confirmées, en attente d’un 2nd transit
UN TRANSIT, QU’EST CE QUE C’EST ?
C’est une technique de détection indirecte. La méthode du transit repose sur la mesure des variations de luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant elle.
Concrètement, lorsqu’une planète passe devant son étoile, elle masque une partie de la lumière de celle-ci. Lorsque la planète n’est plus positionnée juste devant l’étoile, celle-ci regagne son intensité lumineuse de base. Donc, la variation régulière de la luminosité d’une étoile peut signifier la présence d’une planète qui passe et repasse périodiquement devant l’étoile.
COMMENT LES REPÉRER ?
Lors d’un transit de planète devant son étoile, la luminosité de celle-ci baisse légèrement, elle passe de 100% à un petit peu moins de 100% (environ 99% pour une planète de la taille de Jupiter, et environ 99,99% pour une planète comme la Terre). C’est donc une baisse minime, très difficile à détecter. Il faut donc utiliser un instrument de haute précision pour mesurer une variation aussi infime.
Il faut ensuite traiter les données pour faire ressortir la variation du flux de l’étoile des diverses sources de buit. Enfin, ces données sont portées sur un graphique du flux par rapport au temps, pour obtenir une courbe de lumière. C’est l’analyse de cette courbe de lumière qui permet de savoir si la baisse de luminosité est due à un transit planétaire, ou à d’autres origines…
COMMENT CONFIRMER LA PRÉSENCE D’UNE EXOPLANÈTE ?
Une fois la courbe de lumière obtenue, il faut l’analyser pour rechercher de légères baisses de flux lumineux et vérifier si celles-ci sont dues ou non à une exoplanète.
Une baisse de flux lumineux suggère la présence d’une exoplanète, mais ce n’est pas une preuve car elle peut aussi être causée par d’autres phénomènes, comme la variation intrinsèque du flux d’un objet de fond plus faible dont l’image est confondue avec celle de l’étoile observée. De nombreuses vérifications doivent être effectuées pour s’assurer qu’il s’agit bien d’une exoplanète.
Exemple d’une courbe de lumière simulée d’une mini neptune observée par PLATO
Transit de l’exoplanète CoRoT-Exo-1b, la première exoplanète découverte par CoRoT au cours de ses 60 premiers jours d’observations scientifiques par l’équipe CoRoT exo-team
Par exemple, l’observation de deux baisses successives de flux lumineux, s’il s’agit bien de transits, nous fournit la période de révolution de la planète supposée. Si, après un temps égal à une période de révolution ainsi mesurée, on constate une nouvelle baisse de flux lumineux, on déduit qu’il est très probable qu’il s’agit bien d’une exoplanète.
Une autre vérification concerne la durée de la phase de diminution du flux. En effet, une exoplanète produit un transit dont la durée dépend de son orbite. Plus la période de l’orbite est longue, plus longue est la durée du transit. On commence donc par vérifier que la durée de la baisse de flux est bien proche de celle qu’on attend compte tenu de la période mesurée par la répétition des transits. Par exemple, une planète orbitant à 150 millions de km (la distance Terre-Soleil) autour d’une étoile de type solaire produit un transit d’une durée d’une dizaine d’heures.
Enfin, la confirmation complète n’est obtenue que si on détecte la planète également par la méthode des vitesses radiales, avec concordance des périodes de révolution déterminées par les deux méthodes (transits et vitesses radiales). C’est pourquoi PLATO se concentre sur des étoiles brillantes, pour lesquelles les observations spectroscopiques au sol sont assez précises pour que cette vérification puisse avoir lieu. Par ailleurs, la mesure de la profondeur du transit fournit directement le rapport des surfaces de la planète et de l’étoile, donc le rapport du carré de leurs rayons, tandis que les mesures en vitesse radiale nous donnent le rapport des masses de la planète et de l’étoile. Si on connaît le rayon et la masse de l’étoile, ce que l’on peut avoir grâce à l’astérosismologie, on en déduit le rayon et la masse de la planète, donc une estimation de sa densité. Celle-ci peut nous indiquer s’il s’agit d’une planète gazeuse, liquide, solide, ou un mélange de plusieurs types de composition.
Comment les scientifiques peuvent découvrir des planètes ?
Dans l’épisode 15 de la série de podcast du CNES, Raconte-moi l’espace, Pascale Danto, chef de projet pour le CNES et la France de la mission européenne Ariel vous explique comment on peut découvrir des exoplanètes. Aujourd’hui on en a découvert cinq mille et dans une dizaine d’année, on en connaîtra presque cinquante mille !
Comment les scientifiques peuvent découvrir des planètes ? S2E15 de la série Raconte-moi l’espace © CNES
LA MÉTHODE DES TRANSITS DANS PLATO
Cette méthode est de plus en plus utilisée depuis une vingtaine d’années, avec l’arrivée du télescope CoRoT (CNES) et KEPLER (NASA), et prochainement avec le lancement du télescope Plato en 2027.
PLATO détecte et caractérise des exoplanètes grâce à cette méthode des transits. Grâce à ses 26 caméras ultras sensibles, il effectue un suivi photométrique de haute précision, long et ininterrompu, d’un échantillon de centaines de milliers d’étoiles afin de détecter l’affaiblissement du flux lumineux stellaire causé par une planète en orbite passant sur la ligne de visée.
La haute précision de PLATO permet également de détecter non seulement des planètes, mais aussi leurs anneaux et leurs lunes, des Troyens (objets partageant l’orbite d’une planète plus massive), ainsi que de grandes comètes.
Dans PLATO, la méthode des transits est accompagnée de la méthode de la vitesse radiale pour confirmer les exoplanètes et compléter leurs caractérisation.
POUR EN SAVOIR +
NASA
Exoplanet Transit Animations
Futura Sciences
Méthode du transit planétaire : qu’est-ce que c’est ?
CEA