DECOUVRE 50 NOUVELLES EXOPLANETES AVEC HARPS

Une équipe d’astronomes observant avec HARPS, l’instrument de l’ESO leader mondial des « chasseurs de planètes », annonce aujourd’hui une moisson riche de plus de 50 nouvelles exoplanètes, incluant 16 super-Terres, dont l’une est en orbite à la lisière de la zone habitable de son étoile. En étudiant les propriétés de toutes les planètes découvertes avec HARPS jusqu’à présent, l’équipe à mis en évidence qu’environ 40% des étoiles semblables au Soleil ont au moins une planète plus légère que Saturne.

Le spectrographe HARPS du télescope de 3,6 mètres à l’Observatoire de l’ESO à La Silla au Chili est le découvreur de planète qui a le plus de succès au monde [1]. L’équipe de HARPS, dirigée par Michel Mayor (Université de Genève, Suisse), a annoncé aujourd’hui la découverte de plus de 50 nouvelles exoplanètes en orbite autour d’étoiles proches, incluant seize super-Terres [2]. C’est le plus grand nombre de planètes de ce type jamais annoncé d’un seul coup [3]. Les nouveaux résultats sont présentés à une conférence sur les Systèmes Solaire Extrêmes dans le Wyoming (Etats-Unis), où 350 experts en exoplanètes sont réunis.

« La moisson de découvertes avec HARPS va au-delà de toute attente et comprend une population exceptionnellement riche de planètes de type super-Terre et de type Neptune,  autour d’étoiles très semblables à notre Soleil. Et encore mieux, les nouveaux résultats montrent que le rythme des découvertes s’accélère, » explique Michel Mayor.

Depuis qu’HARPS a commencé à être utilisé pour observer les étoiles semblables au Soleil par la méthode des vitesses radiales, il y a huit ans, il a permis de découvrir plus de 150 nouvelles planètes. Environ les deux tiers de toutes les exoplanètes connues, dont la masse est inférieure à celle de Neptune [4], ont été découverts par HARPS. Ces résultats exceptionnels sont le fruit de plusieurs centaines de nuits d’observation avec HARPS [5].

En travaillant avec les observations effectuées avec HARPS de 376 étoiles semblables au Soleil, les astronomes ont maintenant considérablement amélioré l’estimation de la probabilité qu’une étoile comme le Soleil héberge des planètes de faible masse (par opposition aux planètes géantes gazeuses). Ils trouvent qu’environ 40% de ces étoiles ont au moins une planète moins massive que Saturne. La majorité des exoplanètes de la masse de Neptune ou moins semble être dans des systèmes à plusieurs planètes.

Avec des mises à niveau en cours, à la fois pour le matériel et les logiciels, HARPS est amené à un niveau supérieur de stabilité et de sensibilité pour la recherche de planètes rocheuses qui pourraient abriter la vie. Dix étoiles proches similaires au Soleil ont été sélectionnées pour un nouveau relevé systématique. Ces étoiles avaient déjà été observées par HARPS et sont connues pour être adaptées à des mesures extrêmement précises de vitesses radiales. Après deux ans de travail, l’équipe d’astronomes a découvert cinq nouvelles planètes avec des masses de moins de cinq fois celle de la Terre.

« Ces planètes seront parmi les meilleures cibles pour les futurs télescopes spatiaux pour rechercher des signes de vie dans l’atmosphère de la planète en cherchant des signatures chimiques révélant la présence d’oxygène», explique Francesco Pepe (Observatoire de Genève, Suisse), l’auteur principal d’un des récents articles.

Une des nouvelles planètes récemment annoncées, HD 85512 b, est estimée à seulement 3,6 fois la masse de la Terre [6] et est située en bordure de la zone habitable – une zone étroite autour d’une étoile où l’eau peut être présente sous forme liquide, si les conditions sont réunies [7].

« C’est la planète la moins massive, découverte et confirmée par la méthode des vitesses radiales qui se trouve potentiellement dans la zone habitable de son étoile, et la seconde planète de faible masse découverte par HARPS à l’intérieur de la zone habitable, » ajoute Lisa Kaltenegger (Institut Max Planck pour l’astronomie, Heidelberg, Allemagne et Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, Boston, Etats-Unis), qui est une experte sur l’habitabilité des exoplanètes.

La précision croissante du nouveau relevé d’HARPS permet désormais la détection de planètes avec des masses inférieures à deux fois celle de la Terre. HARPS est maintenant si sensible qu’il peut détecter des amplitudes de vitesse radiale sensiblement en dessous de 4 km/h [8]  – inférieur à la vitesse de marche d’un promeneur.

« HD 85512 b est loin de la limite de détection de HARPS et démontre la possibilité de découvrir d’autres super-Terres dans les zones habitables autour d’étoiles similaires au Soleil, » ajoute Michel Mayor.

Ces résultats confortent les astronomes dans  l’idée qu’ils sont proches de découvrir d’autres petites planètes rocheuses habitables autour étoiles semblables à notre Soleil. De nouveaux instruments sont prévus pour poursuivre cette quête. Il s’agit notamment d’une copie de HARPS qui va être installée sur le télescope national Galileo (Italie) dans les îles Canaries, qui fera des relevés systématiques d’étoiles dans le ciel de l’hémisphère Nord, ainsi qu’un nouveau et plus puissant « chasseur de planètes » appelé ESPRESSO, qui sera installé sur le VLT de l’ESO en 2016  [9]. Dans un avenir plus lointain, l’instrument CODEX sur le télescope extrêmement grand européen (E-ELT) va pousser cette technique à un niveau supérieur.

« Dans les dix à vingt prochaines années nous devrions avoir la première liste des planètes potentiellement habitables dans le voisinage du Soleil. Faire une telle liste est indispensable avant que de futures expériences puissent rechercher d’éventuelles signatures spectroscopiques de la vie dans les atmosphères d’exoplanètes », conclut Michel Mayor, qui a découvert la toute première exoplanète autour d’une étoile normale en 1995.

Notes

[1] HARPS mesure la vitesse radiale d’une étoile avec une précision extraordinaire. Une planète en orbite autour d’une étoile entraîne des mouvements réguliers et périodiques de celle-ci qui s’approche et s’éloigne d’un observateur situé sur Terre. A cause de l’effet Doppler, ce changement de vitesse radiale induit un décalage du spectre de l’étoile vers des longueurs d’onde plus grandes (appelé redshift en anglais) lors de l’éloignement et un décalage vers le bleu (vers les courtes longueurs d’onde, appelé blueshift en anglais) lors de l’approche. Ce changement infime dans la signature spectrale de l’étoile peut être mesuré avec un spectrographe de haute précision tel que HARPS et utilisé afin de déduire la présence d’une planète.

[2] Les planètes dont la masse est comprise entre une et dix fois celle de la Terre sont appelées des super-Terres. Il n’y a pas de telles planètes dans notre Système Solaire, mais elles semblent très courantes autour d’autres étoiles. Les découvertes de telles planètes dans les zones habitables autour de leurs étoiles sont extrêmement intéressantes parce que – si les planètes sont rocheuses et ont de l’eau, comme la Terre- elles pourraient abriter de la vie.

[3] Actuellement, le nombre d’exoplanètes est de près de 600. En plus des exoplanètes trouvées en utilisant la méthode des vitesses radiales, plus de 1200 candidats exoplanètes ont été trouvés par la mission Kepler de la NASA en utilisant une méthode différente – la recherche de la légère baisse de luminosité d’une étoile lorsqu’une planète lui passe devant (transit) et bloque une partie de sa lumière. La majorité des planètes découvertes par la méthode des transits sont très éloignées de la Terre. En revanche, les planètes découvertes par HARPS sont situées autour d’étoiles proches du Soleil. Cela fait d’elles de meilleures cibles pour de nombreux types d’observations de suivi complémentaires.

[4] Neptune fait environ dix-sept fois la masse de la Terre.

[5] Cet énorme programme d’observation est dirigé par Stéphane Udry (Observatoire de Genève, Suisse).

[6] En utilisant la méthode des vitesses radiales, les astronomes ne peuvent calculer qu’une masse minimale pour une planète, car le calcul de masse dépend aussi de l’inclinaison du plan orbital par rapport à la ligne de visée, qui reste inconnue. D’un point de vue statistique, cette masse minimale est cependant souvent proche de la masse réelle de la planète.

[7] Jusqu’à présent, HARPS a trouvé deux super-Terres qui peuvent se trouver dans la zone habitable. La première, Gliese 581 d, a été découverte en 2007 (eso0722). HARPS a également été récemment utilisé pour démontrer que l’autre candidat super-Terre dans la zone habitable autour de l’étoile Gliese 581 (Gliese 581 g) n’existe pas.

[8] Avec un grand nombre de mesures, la sensibilité de détection de HARPS est proche de 100% pour les super-Terres d’une masse d’au moins dix fois celle de la Terre avec des périodes orbitales allant jusqu’à une année, et même si l’on considère des planètes d’une masse de trois fois celle de la Terre avec une orbite d’une année, la probabilité de détection reste proche de 20%.

[9] ESPRESSO (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations), le spectrographe échelle pour des exoplanètes rocheuses et des observations spectroscopiques stables, doit être installé sur le VLT de l’ESO. Actuellement en phase d’étude de conception préliminaire, il est prévu qu’il commence à fonctionner en 2016. ESPRESSO atteindra une précision de vitesse radiale meilleure que 0,35 km/h. En comparaison, la Terre génère une vitesse radiale de 0,32 km/h sur le Soleil. Cette résolution devrait ainsi permettre à ESPRESSO de découvrir des planètes de masse proche de celle de la Terre dans la zone habitable des étoiles de faible masse.

Plus d’informations

Les résultats sont présentés le 12 Septembre 2011 à la conférence sur les Systèmes Solaires Extrêmes au Grand Teton National Park, Wyoming, Etats-Unis.

Un résumé est présenté dans le document suivant : “The HARPS search for southern extra-solar planets, XXXIV — Occurrence, mass distribution and orbital properties of super-Earths and Neptune-type planets” à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysique.

 L’équipe est composée de M. Mayor (Observatoire de Genève [OAUG], Suisse), M. Marmier (OAUG), C. Lovis (OAUG), S. Udry (OAUG), D. Ségransan (OAUG), F. Pepe (OAUG), W. Benz (Physikalisches Institut Universität Bern, Suisse), J. L. Bertaux (Service d’Aéronomie, Paris, France), F. Bouchy (Institut d’Astrophysique de Paris, Université Pierre & Marie Curie, France et Observatoire de Haute-Provence/CNRS, France), X. Dumusque (OAUG), G. LoCurto (ESO, Allemagne), C. Mordasini (Max Planck Institute for Astronomy, Allemagne), D. Queloz (OAUG), N. C. Santos (Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal et Departamento de Física de Astronomia, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, Portugal), D. Queloz (OAUG).

L’ESO – l’Observatoire Européen Austral – est la première organisation intergouvernementale pour l’astronomie en Europe et l’observatoire astronomique le plus productif au monde. L’ESO est soutenu par 15 pays : l’Allemagne, l’Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l’Espagne, la Finlande, la France, l’Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L’ESO conduit d’ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l’astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d’importantes découvertes scientifiques. L’ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l’organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L’ESO gère trois sites d’observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l’ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l’observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l’infrarouge. C’est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L’ESO est le partenaire européen d’ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L’ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d’un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 40 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L’E-ELT sera « l’œil tourné vers le ciel » le plus grand au monde.