Horizon-2020: le projet ExoplANETS-A

Exoplanètes

étude des planètes extra-solaires

Horizon-2020: le projet ExoplANETS-A

Sept instituts européens s’associent pour l’étude des planètes extra-solaires.
Sous la coordination du Département d’Astrophysique du CEA-Irfu, sept laboratoires en Europe se sont associés dans le cadre du projet européen Horizon-2020 baptisé ExoplANETS-A , pour combiner leur expertise dans l’étude des planètes extra-solaires. La réunion de lancement du projet vient de se tenir à Bruxelles et le projet se déroulera sur les trois prochaines années. Dans le cadre de ce projet, de nouveaux outils d’étalonnage et d’extraction de données, ainsi que des outils d’analyse basés sur des modèles 3D d’atmosphères d’exoplanètes, seront développés permettant d’exploiter au mieux l’ensemble des observations futures des exoplanètes, notamment par le télescope spatial James Webb dont le lancement est prévu en 2019.

Exoplanètes

ÉTUDE DES PLANÈTES EXTRA-SOLAIRES

Horizon-2020: le projet ExoplANETS-A

Sept instituts européens s’associent pour l’étude des planètes extra-solaires.
Sous la coordination du Département d’Astrophysique du CEA-Irfu, sept laboratoires en Europe se sont associés dans le cadre du projet européen Horizon-2020 baptisé ExoplANETS-A
, pour combiner leur expertise dans l’étude des planètes extra-solaires. La réunion de lancement du projet vient de se tenir à Bruxelles et le projet se déroulera sur les trois prochaines années. Dans le cadre de ce projet, de nouveaux outils d’étalonnage et d’extraction de données, ainsi que des outils d’analyse basés sur des modèles 3D d’atmosphères d’exoplanètes, seront développés permettant d’exploiter au mieux l’ensemble des observations futures des exoplanètes, notamment par le télescope spatial James Webb dont le lancement est prévu en 2019.

Le défi de l’étude des nouvelles planètes

Depuis l’annonce de la découverte de la première planète extra-solaire en 1995, les vingt années suivantes ont vu un développement exceptionnellement rapide dans ce domaine. Les exoplanètes connues, environ 4000 à ce jour, montrent déjà à quel point les planètes de notre Galaxie peuvent être diverses. Alors que la découverte croissante d’exoplanètes démontre un domaine d’activité important, le sondage et la caractérisation de leurs atmosphères viennent de commencer et se développent très rapidement.


On peut apprendre beaucoup des observations spectroscopiques d’une atmosphère d’exoplanètes; la composition moléculaire des atmosphères d’exoplanètes géantes peut retracer la formation et l’évolution de la planète; l’atmosphère des exoplanètes rocheuses peut révéler des gaz trahissant l’existence de vie. Cependant, les observations sont difficiles parce que le signal est souvent noyé dans le bruit systématique des instruments et des télescopes.


 

Pour faire face aux défis posés par l’observation des exoplanètes

sept laboratoires en Europe ont décidé d’unir leurs efforts et d’associer leur expertise dans ce domaine. Le projet européen Horizon-2020 ExoplANETS-A, sous la coordination du CEA Saclay, a ainsi pour but de développer de nouveaux outils pour exploiter au mieux les données existantes des archives de l’Agence spatiale européenne (ESA) (pour les observations du télescope spatial Hubble) combinées avec les archives de l’Agence spatiale étasunienne (NASA) (pour les télescopes spatiaux Spitzer et Kepler) et de produire une caractérisation homogène et fiable des atmosphères d’exoplanètes. De plus, pour modéliser avec succès l’atmosphère d’une exoplanète, il est nécessaire d’avoir une bonne connaissance de l’étoile hôte. À cette fin, le projet collectera une base de données cohérente et uniforme des propriétés pertinentes des étoiles hôtes provenant des archives spatiales de l’ESA (pour les observatoires spatiaux XMM-Newton et Gaia), combinées avec des missions spatiales internationales et des données au sol.      

La planète K2-33 b

Représentée sur cette vue d’artiste, est l’une des plus jeunes exoplanètes détectées à ce jour.

Crédits NASA/JPL-Caltech

Ces catalogues d’exoplanètes et d’étoiles-hôtes seront accompagnés de modèles numériques pour évaluer l’importance des interactions étoile-planète, par exemple les effets de la «météorologie spatiale» de l’étoile sur son système planétaire.


Les connaissances acquises dans le cadre de ce projet seront publiées dans des revues scientifiques évaluées par des pairs et des outils de modélisation seront rendus publics.


Les résultats seront également largement diffusés via des conférences scientifiques internationales et des articles dans les médias scientifiques généraux. Outre la fourniture de produits de données de haut niveau, d’outils, de modèles et de publications scientifiques de pointe, le projet permettra d’exploiter rapidement les données du télescope spatial James Webb – successeur de Hubble, qui sera très productif et il sera également une excellente préparation aux missions spatiales dédiées à l’étude des atmosphères d’exoplanètes, telles que la future mission ARIEL acceptée comme mission M4 par le SPC de l’ESA, le 20 mars 2018.

Le Programme Horizon-2020

Un article d’actualité annonçant les différents scénarios pour la suite du programme H2020 ( quel avenir pour la recherche et l’innovation en Europe ?) a été publié par fournisseur-energie et peut se trouver ici.

(crédits à ®www.fournisseur-energie.com).

[1] ExoplANETS-A – Collaboration : Département d’Astrophysique (DAp) du CEA-Saclay (France), INTA (Institut national de technique aérospatiale) en Espagne, MPIA (Institut Max Planck pour l’Astronomie) en Allemagne, l’Université College de Londres, Université de Leicester au Royaume-Uni, SRON (Institut néerlandais de recherche spatiale) aux Pays-Bas et Université de Vienne en Autriche. Ce projet a été financé par le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne en vertu de la convention de subvention n ° 776403.

Trappist-1

Exoplanètes

Etoiles

Trappist – 1

En mai 2016, un groupe d’astrophysiciens a annoncé la détection de trois exoplanètes autour de l’étoile Trappist-1 (renommée ainsi en hommage au télescope qui a permis la découverte), une étoile faisant partie des naines rouges dites ultrafroides. 

 

Elles sont très peu massives, et de ce fait très peu lumineuses ce qui ne les rend pas idéales pour l’observation. Cependant, les caractéristiques particulières de son système planétaire offrent des avantages importants.

 

Formation des étoiles

exoplanètes

Trappist – 1

En mai 2016, un groupe d’astrophysiciens a annoncé la détection de trois exoplanètes autour de l’étoile Trappist-1 (renommée ainsi en hommage au télescope qui a permis la découverte), une étoile faisant partie des naines rouges dites ultrafroides. 

 

Elles sont très peu massives, et de ce fait très peu lumineuses ce qui ne les rend pas idéales pour l’observation. Cependant, les caractéristiques particulières de son système planétaire offrent des avantages importants.

Pourquoi avoir choisi Trappist-1b ?

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Les intérêts scientifiques du système Trappist-1

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Comment détecter les atmosphères des planètes du systèmes Trappist-1 ?

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Les Exoplanètes

Exoplanètes

Plus de  1 800 

Les Exoplanètes

Nous connaissons déjà l’existence de plus de 1 800 exoplanètes dans notre Galaxie et tout indique que nous ne sommes encore qu’au tout début de l’exploration de ces mondes dans la Voie lactée. Plus que jamais, l’astrophysique nous conduit à envisager la possibilité qu’il pourrait exister des planètes similaires à la Terre qui auraient pu voir émerger une vie, similaire ou différente à celle que nous connaissons.

Exoplanètes

PLUS DE  1 800 

Les Exoplanètes

Nous connaissons déjà l’existence de plus de 1 800 exoplanètes dans notre Galaxie et tout indique que nous ne sommes encore qu’au tout début de l’exploration de ces mondes dans la Voie lactée. Plus que jamais, l’astrophysique nous conduit à envisager la possibilité qu’il pourrait exister des planètes similaires à la Terre qui auraient pu voir émerger une vie, similaire ou différente à celle que nous connaissons.

Le JWST devrait notamment nous permettre de voir les premières étoiles de l’univers observable mais on attend aussi de lui des informations sur la composition des atmosphères de ces exoplanètes. Il devrait être en mesure de détecter des concentrations de deux chlorofluorocarbones (en l’occurrence CF4 et CCl3F) dix fois supérieures à celles de l’atmosphère terrestre dans celles de certaines exoplanètes. Il faudrait pour cela qu’elles soient en orbite autour de naines blanches. On sait qu’il en existe bel et bien, et certaines pourraient être dans la zone d’habitabilité. 

L’instrument MIRI, dont le CEA, en collaboration avec divers laboratoires Français (L’Observatoire de Paris – LESIA, l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay -IAS, et le laboratoire d’Astrophysique de Marseille – LAM), et sous l’égide du CNES a assuré la conception et la réalisation de la partie imageur et coronographie va permettre, entre autres, de réaliser des observations d’étoiles proches de nous.

 Ce mode d’observation permet d’éviter que l’éclat d’une étoile proche éblouisse le détecteur ; Mais il est d’autre part un paramètre fondamental : c’est dans l’infrarouge que le contraste entre une étoile et sa planète est le moins élevé. En effet, une planète comme la Terre sera en moyenne cinq milliards de fois moins lumineuse qu’une étoile comme le Soleil en lumière visible, alors qu’elle ne le sera “que” sept millions de fois dans l’infrarouge moyen. Il est donc évident qu’un télescope conçu pour s’adonner à ce domaine de recherche doit non seulement être doté des nouvelles techniques mentionnées, mais de plus opérer dans l’infrarouge. Les astrophysiciens pourront alors envisager de sonder l’environnement des étoiles et y découvrir des exoplanètes, des compagnons peu lumineux, voire des disques de poussière.

 

Les planètes extrasolaires qui ont été découvertes à ce jour ont des masses allant de moins d’une masse terrestre à plus d’une dizaine de masses de Jupiter, et des périodes de révolution qui s’échelonnent entre plusieurs heures et plusieurs années. Dans plusieurs centaines de cas, les étoiles possèdent même un cortège planétaire de deux ou trois planètes, voire cinq ou six. À travers la recherche et l’étude de ces planètes, l’astrophysicien cherche à répondre à plusieurs questions : 

Quelles sont les caractéristiques physiques de ces planètes (masse, taille, densité, température, composition chimique, champ magnétique, rotation…) ?

 

  • Quels sont leurs processus de formation puis d’évolution ?
  •  
  • Comment interagissent-elles avec leur étoile (marées, interactions avec le vent solaire) ?
  • Quelle est la proportion des étoiles qui possèdent un cortège planétaire ?
  •  
  • Comment les caractéristiques de l’étoile (âge, masse, taille, température, composition chimique…) influent-elles sur les questions précédentes ?

Au-delà de ces questions purement astrophysiques, se posent des questions qui n’appartiennent plus seulement au champ philosophique mais désormais sont aussi l’objet de la recherche scientifique : existe-t-il des planètes semblables à la Terre et en particulier propres à abriter la vie telle que nous la connaissons ? Une autre forme de vie ? Existe-t-il des planètes habitées ?

  • La première exoplanète fut détectée en 1992 autour d’un pulsar, par l’analyse fine du rayonnement radio périodique émis par ce pulsar. En 1995, avec le télescope de 193 cm de l’Observatoire de Haute Provence, Michel Mayor et Didier Queloz détectèrent la première exoplanète en orbite autour d’une étoile de type solaire, 51 Peg b. La méthode utilisée était la vélocimétrie, c’est-à-dire la mesure des fluctuations périodiques de la vitesse radiale de l’étoile-hôte, une méthode qui s’est avérée très fructueuse dans les années qui suivirent la première détection. Mais il existe bien d’autres méthodes de détection.

Les nombreuses exoplanètes détectées à ce jour, principalement grâce aux observatoires au sol, l’ont été par des méthodes indirectes (transits, primaires et secondaires, vitesses radiales, astrométrie, microlentilles gravitationnelles). Des efforts énormes sont actuellement entrepris pour développer une technologie qui permette d’obtenir des images astronomiques à très haut contraste, grâce auxquelles il serait possible, soit d’observer directement les exoplanètes déjà découvertes, soit d’en détecter d’autres. Ceci ne pourra être réalisé qu’en améliorant les techniques d’optique adaptative, de coronographie stellaire et du traitement d’image.


Si détecter des exoplanètes est déjà intéressant en soi, il reste à pouvoir les étudier, en déterminer les caractéristiques, scruter leur atmosphère et y rechercher des signatures de la Vie, puisqu’il faut bien l’admettre, au bout du compte, c’est là l’objectif ultime. Il faut pour cela augmenter considérablement la surface des télescopes actuellement disponibles. Comprendre les mécanismes de formation d’une planète terrestre passe par l’observation des proto-étoiles enfouies au sein de nébuleuses et des poussières qui se condensent ultérieurement dans ce disque. De plus la dimension typique d’un disque protoplanétaire par rapport à sa distance est telle qu’elle nécessite une résolution angulaire très élevée. Les exemples précédents, mais il y en a beaucoup d’autres, nous montrent clairement que s’il veut répondre aux questions brûlantes de l’astrophysique actuelle, un télescope de nouvelle génération doit opérer dans l’infrarouge, et doit être doté d’une instrumentation qui délivre la meilleure résolution spatiale possible. L’atmosphère terrestre ne laissant passer qu’une infime partie du spectre infrarouge, et produisant d’autre part une scintillation et une agitation des images qui limitent fortement la résolution angulaire, ce télescope devra donc idéalement être placé dans l’espace. Ce qui ne remet aucunement en cause l’utilité d’un télescope gigantesque au sol, qui pourrait satisfaire des nécessités différentes, et qui en serait donc un complément essentiel.

Voir aussi (texte en anglais) le site de la NASA  (vidéos, illustrations graphiques, etc…).

JWST