Méthodes utilisées pour détecter les exoplanètes

Photo: ESO

La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour ont été détectées grâce aux petits mouvements qu'elles induisent sur leur étoile. «La force de gravitation de la planète tire un peu sur l'étoile et ainsi la fait bouger», explique René Doyon de l'Université de Montréal. Ces mouvements se traduisent par des variations périodiques de la vitesse de l'étoile dans l'espace qui sont déterminées par des observations répétées du spectre de l'étoile depuis les télescopes de La Silla au Chili et de l'Observatoire de Haute Provence. Cette méthode des vitesses radiales permet la détection de planètes massives et proches de leur étoile, car ces planètes provoquent des mouvements de plus grande amplitude sur leur étoile parente.

La méthode des transits permet de repérer la présence de planètes autour d'une étoile en mesurant les variations de brillance de l'étoile. Car lorsqu'une planète passe devant son étoile (ce qu'on appelle un transit planétaire), il est possible de détecter une faible diminution de la luminosité de cette dernière. Et si ce léger obscurcissement survient périodiquement, on pourra suspecter la présence d'une planète en orbite autour de cette étoile. Après la détection d'un premier transit planétaire, il faut multiplier les observations (effectuées depuis les télescopes spatiaux Kepler et Corot) afin de s'assurer qu'il se répète. Cette méthode est particulièrement efficace dans la détection de planètes massives et qui gravitent très près de leur étoile.

La méthode des microlentilles gravitationnelles est basée sur l'effet de microlentille gravitationnelle prévue par la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui est «visible» lorsque l'observateur trouve dans sa ligne de visée deux étoiles alignées l'une derrière l'autre. Les rayons lumineux de l'étoile la plus éloignée sont alors défléchis par le champ gravitationnel de l'étoile se trouvant à l'avant-plan qui joue alors le rôle de microlentille. Ce phénomène se traduit par une amplification apparente de la luminosité de l'étoile d'arrière-plan. Si une planète gravite autour de l'étoile à l'avant-plan, son champ gravitationnel induira un petit éclat supplémentaire qui sera détectable dans la courbe de lumière de l'étoile plus distante. Un tel alignement entre l'observateur et les deux étoiles impliquées dans le phénomène de microlentille se présente très rarement. Et le passage dans le champ de vision de l'observateur d'une planète associée à la microlentille est encore plus exceptionnel. Pour capter ces événements rarissimes, trois télescopes (La Silla au Chili, South African Astronomical Observatory et Perth Observatory en Australie) ont suivi pendant six ans (2002-2007) des centaines de millions d'étoiles de la Voie lactée. Ces observations ont permis de détecter plus de 3000 effets de microlentilles, mais seulement trois nouvelles exoplanètes.

La méthode d'imagerie

directe permet de repérer des planètes situées à de grandes distances de leur étoile à l'aide d'images. «Si, une fois que l'on est arrivé à soustraire des clichés l'éblouissement de l'étoile centrale, on détecte un petit point lumineux plus faible à côté de l'étoile, celui-ci peut être une planète ou une étoile en arrière-plan. Il nous faut alors observer à nouveau l'étoile six mois ou un an plus tard. Si le petit point lumineux est une étoile d'arrière-plan, la distance entre les deux points lumineux aura changé, car l'étoile proche se déplace dans l'espace. Si le point lumineux est vraiment une planète, la vitesse orbitale de la planète autour de son étoile étant très faible puisque la planète prend plus d'une bonne centaine d'années pour faire le tour de son étoile, la distance entre les deux points lumineux ne devrait pas changer» explique René Doyon qui fait partie de la première équipe à avoir réussi en 2008 à identifier deux exoplanètes par cette méthode.

C'est tout à fait par hasard, alors qu'ils étudiaient les propriétés vibratoires de l'étoile pulsante KIC 05807616 par la méthode de l'astérosismologie, que le titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique stellaire, Gilles Fontaine a découvert l'existence de deux exoplanètes qui tournaient autour d'une sous-naine. «De la même façon que la vitesse, la phase et l'amplitude des ondes sismiques qui sont générées lors de tremblements de terre nous ont permis de déduire la structure interne de notre planète, la période, l'amplitude et la phase des vibrations d'une étoile pulsante nous permettent de déterminer la masse de l'étoile, son rayon, sa température, sa structure interne, voire sa composition chimique, précise M. Fontaine. Les vibrations de l'étoile se manifestent par des variations d'intensité lumineuse en fonction du temps, appelée courbe de lumière, que le satellite Kepler permet de mesurer avec une très grande précision.

Dans la courbe de lumière de l'étoile KIC 05807616, M. Fontaine et ses collègues ont dénombré environ 200 modes différents de vibration qui conjointement forment une courbe de lumière très complexe. Ils ont également observé que deux des signaux lumineux de la courbe ne pouvaient pas être associés à des pulsations de l'étoile, mais qu'ils provenaient vraisemblablement de la contribution de deux planètes en orbite autour de l'étoile.

À voir en vidéo