Exoplanètes et formation des systèmes planétaires - Séminaire UTL 6 mai 2020
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Exoplanètes et formation des
systèmes planétaires
Séminaire UTL
6 mai 2020
Jeune étoile et son disque protoplanétaire (vue d’artiste)
Nous avons du lors du cours précédent que de nombreuses étoiles possèdent des planètes.
Passons donc à la suite :
Comment se forment les planètes autour de leur étoile ?
Les autres systèmes ressemblent-ils au nôtre ?
Pourrons-nous bientôt découvrir une "autre Terre" ?
Comment naissent les (exo) planètes ?
Avant 1984, seul le Système solaire et les lois de la physique pouvaient nous renseigner…
Problème : le Système solaire est UN système, et n’est pas tout jeune…
Mais ses propriétés mécaniques actuelles sont des indices de son passé :
- Une étoile contenant 99,86 % de sa masse.
- Des planètes orbitant à plat autour de cette étoile (écliptique).
- Dans un même sens (direct).
- Et sur des orbites quasi-circulaires.
Hypothèse de la formation dans une nébuleuse
primitive d’un disque de gaz et de poussières :
- par accrétion principale (au centre) d’une étoile.
- par accrétions périphériques de planètes.
Dès lors qu’il fut définitivement admis que le Soleil n’est qu’une « banale étoile* ».
A la Renaissance, où l’on connut échec sur échec dans l’évaluation des distances stellaires,
déduisant alors qu’elle devaient être très lointaines (contrairement aux planètes « proches »).
Comprenant alors qu’elles devaient être comparables en luminosité et en grandeur au Soleil.
Puis aux 18ème et 19ème siècles,
- où la comparaison de la nature des lumières du Soleil et des étoiles permit d’envisager que
ces dernières soient « similaires » à lui.
- puis quand on fut capable d’en estimer la distance par la parallaxe.
Il devint primordial pour les astronomes de découvrir des planètes autour d’autres étoiles.
Et éventuellement d’en observer la formation !
L’astronome allemand
Friedrich Wilhelm
détermina en 1838 la
Le Soleil, une distance de l’étoile 61
étoile parmi des Cygni.
milliards dans la
Voie lactée.
* CF Cours 1 : Le Soleil et autres étoiles.
A noter que les modèles
catastrophistes* (événements
rares et violents) furent
longtemps privilégiés.
Exemple principal de théorie
catastrophiste : le Soleil aurait
été percuté par une autre étoile
(voire une comète – Buffon
1741).
D’autres théories plus
« douces » furent aussi bien
éloignées des modèles actuels.
Les Tourbillons de Descartes (1633)
A noter aussi que la théorie du disque protoplanétaire connut une variante : formation
d’un disque par éjection de la matière depuis l’étoile formée (l’étoile forme son disque).
* Les modèles catastrophistes découlent d’une
conception radicalement différente de
l’Univers. Les planètes y seraient rares !
Puis…
Un disque de
poussière est
observé autour d’une
étoile jeune, âgée
d’environ 10 Ma
(Beta Pictoris).
Las Campanas 1984
A l’origine, une nébuleuse primitive (de quelques à quelques dizaines d’années-
lumière – 1500 al dans d’autres galaxies !).
Disques
protoplanétaires
dans la Nébuleuse
d’Orion
« Proplyd » =
protoplanetary disk
Disques protoplanétaires dans la Nébuleuse d’Orion
Schéma d’un « proplyd »
Jeune étoile et son disque protoplanétaire (vue d’artiste)
Jeune étoile et son disque protoplanétaire après quelques millions d’année (vue d’artiste)
Ces systèmes planétaires en formation sont encore difficilement observables dans le visible.
Mais l’imagerie radio a permis
quelques clichés remarquables.
Images radio de proplyds, dont le premier (nommé
HL Tauri) ci-dessus (radiotélescope ALMA)Le Système solaire est-t-il banal ?
Oui, mais non…
OUI
Il y a 200 milliards d’étoiles dans la Voie lactée.
Le processus de formation de systèmes
planétaires est assez « simple », et
courant dans les nébuleuses.
Il y a des planètes autour d’un très grand
nombre d’étoiles (toutes ?).
Nous avons découvert de nombreux
systèmes contenant un nombre
important de planètes (jusqu’à 9).Le Système solaire est-t-il banal ?
Oui, mais non…
NON
Toutes les nébuleuses ne sont pas identiques.
75% des étoiles auraient un compagnon.
Étoiles binaires (« vraies doubles »), telle Sirius, ternaires,
telle Alpha du Centaure (cf image à suivre) etc.
On pensait jadis que des planètes ne pouvaient se maintenir autour d’étoiles binaires.
On sait aujourd’hui que c’est faux (planètes circumbinaires).
Il y a des étoiles de « toutes » tailles et de « toutes » températures.
Les étoiles massives vivent moins longtemps.
ex : 100 Ma pour une étoile de 10 M⊙
Certaines étoiles sont éruptives, d’autres se touchent parfois (binaires à contact).
On découvre un grand nombre de planètes orbitant à grande proximité de leur étoile. Le
Système solaire aurait évolué de manière très « originale ».
Certaines régions de la Galaxie sont plus chaotiques que la nôtre…Pourrait-on découvrir une « autre Terre »?
Critères terrestres par exigence croissante...
1 Une planète rocheuse (tellurique)
Corot 7b fut la première en
2009 (5MT)
Minoritaires, mais…
173 /4260 exoplanètes au 4 mai 2020
Notamment des « super-Terres » (jusqu’à 8-10 masses terrestres).
Les éléments lourds (Métaux, Silicium) sont « rares », mais ce « peu » peut suffire…
2 Une planète en zone habitable*
*Cf fiche
Une soixantaine
confirmées sur plus de
4000 environ en février
2020.Rappel : les critères 1 et 2 sont justement les
critères de recherche de TESS.
Transiting Exoplanet Survey Satellite
TESS (NASA) a été lancé en avril 2018.
Il n’est pas le remplaçant de Kepler.
Objectifs :
- Planètes proches (cible les étoiles
brillantes)
- Notamment des telluriques en
zone habitable
« Dégrossir » pour missions futures.
45 découvertes confirmées à l’heure actuelle.3) Possédant une atmosphère épaisse et stable.
Encore très incertain.
Critère Habitable Zone Atmosphere * Parmi les 8 critères
(HZA)* — Potentiel de la planète à d’évaluation de
maintenir une atmosphère habitable l’habitabilité des planètes
4) En rotation non synchrone, de préférence.
A défaut, la planète montre toujours la même face à son étoile (face chaude, cf image).
5) Possédant de l’eau liquide en
quantité.
A noter d’ailleurs qu’il pourrait exister des
« planètes océan », ou couvertes de glace
avec océan sub-glaciaire.
PLATO, 2026, permettra d’avancer
sur la question du particularisme
terrestre.6) Abritant de la vie…
- Marqueurs de vie
ex : CH4, O2 etc. Les futurs super-télescopes terrestres et
spatiaux permettront –ils de grandes
- Signatures technologiques : SETI… avancées ?
Signal artificiel
Volontaire, ou involontaire…
Probabilité d’apparition si la planète est
habitable ?
Seul indice, la vie serait apparue très
« rapidement » sur la Terre…
Voir cours La vie extraterrestre (20 mai) et conférence Merci à toutes et à tous
Message aux étoile (7 mai, reporté en 2020/2021). Des questions ?Vous pouvez aussi lire
