05/05/2014

Première Mesure de la Rotation d'une Exoplanète sur elle-même

Vous le savez si vous me suivez régulièrement, la découverte des exoplanètes n’est pas mon dada favori, car je trouve que cette quête ressemble un peu trop à celle des navigateurs européens du 15ème siècle. Les cent premières îles découvertes furent passionnantes, et puis ensuite, on sait qu’il en existe presque une infinité, et on est assez vite blasé, et ce d’autant plus que l’on sait pertinemment que nous n’irons jamais sur place…




Mais bon, ce qui est tout de même intéressant dans cette science de la planétologie, ce sont  les avancées techniques inventives qu’elle génère pour assouvir cette curiosité presque vaine. Voilà donc une nouvelle prouesse, réussie par des astronomes hollandais de l’Observatoire de Leiden, qui, pour la première fois viennent de mesurer la rotation sur elle-même d’une exoplanète.


Beta Pictoris b autour de son étoile à plusieurs années d'intervalle (l'étoile est masquée par le rond central)
(source : Nature)
On ne parle pas ici de la rotation de la planète autour de son étoile, ce qui est assez facile à observer, mais de sa rotation sur elle-même, ce que font les milliards de planètes de l’Univers, et la Terre en 24h chrono.
Ignas Snellen et son équipe ont observé une exoplanète qui s’appelle b Pictoris b. Ce n’est pas n’importe quelle exoplanète, car elle fait partie du premier système découvert dans lequel il y avait "quelquechose" autour de l'étoile, c’était en 1983. b Pictoris b, qui fut, elle ,confirmée dès 2008, est ce qu’on appelle une Jupiter chaude, une planète gazeuse géante très jeune (à peine 50 millions d’années d’existence) 10 fois plus chaude que Juju. Elle est séparée de son étoile b Pictoris par une distance double de celle séparant le Soleil de Jupiter, et brille 10000 fois plus qu’elle. Non seulement on comprend pourquoi elle a été l'une des premières exoplanètes découvertes, mais ses caractéristiques en font la planète idéale pour en tirer un maximum d’informations à partir de la lumière qu’elle nous envoie, notamment dans l’infra-rouge.

Les astronomes hollandais ont utilisé un des quatre télescopes formant le Very Large Telescope de l’observatoire européen austral (ESO), installé dans les Andes chiliennes, et plus précisément un instrument appelé Cryogenic High-Resolution Infrared Echelle Spectrograph (CRIRES) durant la nuit du 17 décembre 2013.
L’idée de Snellen et de ses collègues était d’exploiter le spectre émis par la planète en se focalisant sur des raies d’absorption de molécules qui n’existent que dans son atmosphère et pas dans l’étoile à proximité. Ces molécules dépendent de plusieurs paramètres comme la composition chimique bien sûr, mais aussi la température et la pression de l’atmosphère planétaire. On y trouve notamment de l’eau, du monoxyde de carbone, de l’ammoniac et du méthane, ce qui offre de nombreuses raies à étudier dans le spectre lumineux.
Le Very Large Telescope à l'observatoire du Paranal (ESO)
La vitesse de la planète autour de son étoile produit un décalage Doppler des raies, vers le rouge quand elle s’éloigne de nous sur son orbite, et vers le bleu lorsqu’elle se trouve dans la partie où elle se rapproche. Mais à ces décalages spectraux s’additionnent d’autres petits décalages qui apparaissent sous la forme d’un élargissement des raies décalées. Vous me suivez ? Puisque la planète tourne sur elle-même, on voit une moitié du disque planétaire qui s’éloigne de nous, décalant la lumière vers le rouge, et l’autre moitié s’approchant de nous, produisant un décalage vers le bleu.
C’est en mesurant très précisément cet élargissement des raies spectrales provenant de b pictoris b que les auteurs sont parvenus à déterminer comment elle tourne sur elle-même. La forme de l’élargissement des raies spectrales fournit une information à la fois sur la vitesse de rotation, et sur l’inclinaison de l’axe de rotation par rapport à la ligne de visée.

Par cette technique, les astronomes hollandais peuvent dire que b Pictoris b est actuellement en train de tourner vers nous (décalage global des raies du monoxyde de carbone vers le bleu) et qu’elle tourne sur elle-même avec une vitesse de 25 km/s, soit 50 fois plus vite que la Terre, et le double de celle de Jupiter. Et comme on connait par ailleurs une estimation de la taille de cette exoplanète, la durée de son « jour » (une rotation sur elle-même) peut alors être évaluée. Il vaut 8h terrestres.

Une rotation aussi rapide n’est pas une surprise pour les astronomes, il semble exister une tendance (au moins dans notre système solaire) qui indique une augmentation de la rotation avec une augmentation de la masse de la planète (Mercure et Vénus sont des exceptions, qui sont trop perturbées par le Soleil). Les chercheurs estiment déjà qu’avec une telle vitesse de rotation, les processus météorologiques qui doivent exister sur b Pictoris b doivent être très influencés par sa rotation.
Cette première mesure de rotation d’une exoplanète va à n'en pas douter ouvrir la voie à de très nombreuses autres mesures du même type sur les milliers d’exoplanètes géantes gazeuses déjà recensées ou en attente de découverte...

Référence :
Fast spin of the young extrasolar planet βPictoris b
I. Snellen et al.
Nature 509, 63–65 (01 May 2014)


9 commentaires :

Nicolas a dit…

C'est assez incroyable !
Si je comprends bien, en fait ils ont mesuré la vitesse de rotation de l'atmosphère de la planète non?
Par exemple, si c'était une tellurique, ce ne serait pas nécessairement la vraie vitesse de rotation de la planète... ou pas ?

Dr Eric SIMON a dit…

Effectivement, puisqu'il s'agit d'une gazeuse, on peut dire que c'est la vitesse de rotation de l'atmosphère... Mais une telle planète n'est qu'une grosse atmosphère, en fait. Si c'était une planète tellurique, on mesurerait effectivement la rotation de l'atmosphère, mais elle correspond à peu près au spin de la planète (à quelques centaines ou milliers de km/h près, la vitesse du vent, sachant quand même que le vent n'est pas forcément toujours dans le même sens que la rotation, et plutôt rarement d'ailleurs).
Mais une telle mesure sur une planète tellurique est quasi impossible du fait de la trop faible épaisseur d'atmosphère (quand il y en a une) qui laisse peu de molécules à observer...

Nicolas a dit…

Merci pour ces explications.

haloscopy a dit…

Ne jamais dire jamais ?!

Dr Eric SIMON a dit…

mais je n'ai pas dit "jamais" ;-) juste "quasi impossible", ce qui laisse tout le champ des possibles ... ;-)

haloscopy a dit…

1er paragraphe : " et ce d’autant plus que l’on sait pertinemment que nous n’irons jamais sur place…"

Dr Eric SIMON a dit…

Aaaah, ce "jamais" là ! Alors là, je veux bien le réitérer, je pense vraiment nous n'irons jamais voir une exoplanète sur place. Jamais!..
On peut simplement rappeler que la sonde Voyager 1 a mis 37 ans pour sortir du système solaire, et elle se trouve au bout de ce temps à une distance de 0,0019817 année-lumière. Si l'exoplanète la plus intéressante qui soit à nos yeux se trouvait à 19 Années-lumières, ce qui est déjà assez proche, il faudrait donc 10000 fois plus de temps que le trajet actuel de Voyager, ce qui fait 370 000 ans. Et je ne parle pas des délais des transmissions de la sonde, ni de la période radioactive du Pu-238 (86 ans) qui est la source d'énergie privilégiée pour les sondes lointaines...

haloscopy a dit…

Oui, et Christophe Colomb avait mis des semaines à traverser l'Atlantique alors qu'on fait le Paris - New York en 12h de nos jours... J'évite juste de spéculer sur les technologies futures. L'être humain a réussi à s’impressionner lui-même bien des fois !

Dr Eric SIMON a dit…

Oui, je connais cet argument, mais l y a une différence de taille entre aujourd'hui et 1492 (par exemple), c'est que nous avons, en à peine 200 ans, consommé la plus grande partie de nos ressources naturelles (métaux, terres rares, pétrole, etc...), avec en prime une modification durable du climat. Le progrès n'est pas infini, comme ne l'est pas notre petite planète...