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Découverte d'une exoplanète en transit devant son étoile

Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète en orbite autour d'une étoile autre que le Soleil. Jusqu'en décembre 2008, on a détecté 335 exoplanètes dont 35  systèmes multiples. Il existe différents types de planètes extrasolaires, comme dans le système solaire, qui sont classifiées selon la masse, la nature, la taille, etc. La détection des exoplanètes est très difficile à cause de la grande distance entre l'observateur et la planète. Il existe cependant différentes méthodes de détection dont les plus prolifiques sont:

 


Schéma indiquant les étapes du transit d'une exoplanète

 


La courbe de lumière d'un transit d'exoplanète observé par le satellite Corot en mai 2007

 

Exercice:

Nous disposons d'une série de 20 images réelles obtenues par le télescope spatiale Spitzer. Ce dernier est le plus gros télescope infrarouge lancé par la NASA en 2003. Il permet la détection des planètes extrasolaires par la méthode de transit.

Objectif: Trouver l'étoile possédant une exoplanète par la méthode de transit.

 

Laquelle des trois étoiles les plus brillantes possède-t-elle une exoplanète?
(Les deux autres étoiles sont dites de référence)

 

Protocole:

 

Étapes pour l'étude d'une image (à réaliser pour toute la série):

 

photo_des_etoiles
Image indiquant les étoiles étudiées 

 

 

Ouvrir une image et observer une petite fenêtre avec 3 légers points blancs correspondants aux étoiles étudiée.

                    -Cliquer sur Analyse ----> Photométrie

                    -Régler la photométrie en cliquant sur Analyse ----> Paramètres de la photométrie

 

   Coordonnées du centre étoile: Auto

 

   Ciel: Rayon manuel = 36

 

   Rayon étoile: Rayon manuel = 6

 

 

Ces paramètres sont choisis afin de minimiser la lumière venant du ciel lors  de la mesure de l'intensité lumineuse de l'étoile.

Ces valeurs permettent d'obtenir des résultats optimisés dans ces conditions.

Remarque: Assurer le bon ordre des images. Elles sont numérotées en ordre chronologique de 0 à 19. Par exemple:

 

 

Analyse des résultats sur Excel:

Tracer sur trois graphes séparés la variation de l'intensité lumineuse de chaque étoile en fonction du temps (ce dernier correspond en fait à l'ordre chronologique des images)

Étoile 1:

Graphe correspondant à l'intensité lumineuse de l'étoile 1, obtenue à partir de chaque image, en fonction du temps (ordre des images) (*ADU: Arbitrary Digital Unit)

 

 

Analyse: On observe une intensité plus ou moins constante sur les 8 premières images (avec des fluctuations légères autour d'une valeur moyenne d'environ 30550). Cependant, on constate une chute de l'intensité entre les images 8 et 10, puis elle atteint une valeur constante (environ 298250) jusqu'à l'image 14. Elle augmente ensuite jusqu'à l'image 15. Enfin, on remarque, à nouveau, une fluctuation autour de la même valeur moyenne initiale jusqu'à la fin des mesures. Ainsi, on peut en déduire que cette étoile possède une planète orbitant autour d'elle car la courbe possède une allure similaire à celle théorique (voir introduction).   

 

Étoile 2:


Graphe correspondant à l'intensité lumineuse de l'étoile 2, obtenue à partir de chaque image, en fonction du temps (ordre des images)  (*ADU: Arbitrary Digital Unit)

 

Analyse: on remarque que la valeur de l'intensité lumineuse de l'étoile varie autour d'une valeur moyenne (environ 385600). Ainsi, on peut en déduire que la luminosité de l'étoile est pratiquement constante. Cette étoile correspond donc à une des deux étoiles de référence.

Étoile 3:


graphe3

Graphe correspondant à l'intensité lumineuse de l'étoile 3, obtenue à partir de chaque image, en fonction du temps  (ordre des images) (*ADU: Arbitrary Digital Unit)

 

 

Analyse: on retrouve une courbe ayant une allure identique à celle de l'étoile 2 avec une fluctuation autour de 61600. On peut également en déduire que cette étoile est une étoile de référence puisque son intensité reste plus ou moins constante.

 

Conclusion:

Nous pouvons conclure qu'à partir des 20 images obtenues par le télescope spatial Spitzer, la détection par la méthode de transit est réalisable. Les résultats obtenus sont compatibles avec la théorie puisque la courbe tracée ressemble à celle donnée en introduction.

L'étoile 1 possède une planète qui orbite autour d'elle alors que, d'après ces résultats, ce n'est pas le cas pour les étoiles 2 et 3.

Quelques informations sur cette exoplanète:

Références:   http://www.obs-hp.fr/www/nouvelles/une_exoplanete.htm
                    http://www.seikei.ac.jp/obs/disc/hd189733.htm
                    http://brucegary.net/AXA/HD189733/hd189733.htm

 

La planète se trouve dans la constellation du petit renard, à proximité de la nébuleuse Dumbell M27.

Nom: HD 189733b

Période de rotation: 2.2 jours (Terre orbite autour du Soleil en 365.25 jours)

Masse: 1.15 fois la masse de Jupiter

Rayon: 1.26 fois le rayon de Jupiter

Catégorie: Jupiter Chaud

Distance à la Terre: 60 années-lumières = 567000 milliards de km 

L'étoile HD189733 est repérée par la flèche verte. Elle est située à moins de 0.15° (équivalent à une demi lune) de la nébuleuse Dumbell (photographie de Daniel Jaroschik). 

 


Pour en savoir plus... et notamment le temps qui sépare les observations, et comment découvrir d'autres informations sur la planète, lire l'exercice version Lycée !

Exercice version lycée