Bienvenue à notre série sur les méthodes de chasse aux exoplanètes! Aujourd'hui, nous examinons la méthode curieuse et unique connue sous le nom de microlentille gravitationnelle.
La chasse aux planètes extra-solaires s'est certainement réchauffée au cours de la dernière décennie. Grâce aux améliorations apportées à la technologie et à la méthodologie, le nombre d'exoplanètes observées (au 1er décembre 2017) a atteint 3 710 planètes dans 2 780 systèmes stellaires, dont 621 système comptant plusieurs planètes. Malheureusement, en raison de diverses limites auxquelles les astronomes sont obligés de faire face, la grande majorité a été découverte à l'aide de méthodes indirectes.
L'une des méthodes les plus couramment utilisées pour détecter indirectement les exoplanètes est connue sous le nom de microlentille gravitationnelle. Essentiellement, cette méthode repose sur la force gravitationnelle d'objets distants pour courber et concentrer la lumière provenant d'une étoile. Lorsqu'une planète passe devant l'étoile par rapport à l'observateur (c'est-à-dire effectue un transit), la lumière plonge de manière mesurable, qui peut ensuite être utilisée pour déterminer la présence d'une planète.
À cet égard, la microlentille gravitationnelle est une version réduite de la lentille gravitationnelle, où un objet intermédiaire (comme un amas de galaxies) est utilisé pour focaliser la lumière provenant d'une galaxie ou d'un autre objet situé au-delà. Il intègre également un élément clé de la méthode de transit très efficace, où les étoiles sont surveillées pour les creux de luminosité pour indiquer la présence d'une exoplanète.
La description:
Conformément à la théorie d'Einstein de la relativité générale, la gravité fait plier le tissu de l'espace-temps. Cet effet peut provoquer une distorsion ou une courbure de la lumière affectée par la gravité d'un objet. Il peut également agir comme une lentille, ce qui rend la lumière plus concentrée et rend les objets distants (comme les étoiles) plus brillants pour un observateur. Cet effet ne se produit que lorsque les deux étoiles sont presque exactement alignées par rapport à l'observateur (c'est-à-dire l'une positionnée devant l'autre).
Ces «événements de lentilles» sont brefs, mais nombreux, car la Terre et les étoiles de notre galaxie se déplacent toujours l'une par rapport à l'autre. Au cours de la dernière décennie, plus d'un millier de ces événements ont été observés et ont généralement duré quelques jours ou semaines à la fois. En fait, cet effet a été utilisé par Sir Arthur Eddington en 1919 pour fournir les premières preuves empiriques de la relativité générale.
Cela s'est produit lors de l'éclipse solaire du 29 mai 1919, où Eddington et une expédition scientifique se sont rendus sur l'île de Principe au large des côtes de l'Afrique de l'Ouest pour prendre des photos des étoiles qui étaient maintenant visibles dans la région autour du Soleil. Les images ont confirmé la prédiction d'Einstein en montrant comment la lumière de ces étoiles a été légèrement décalée en réponse au champ gravitationnel du Soleil.
La technique a été initialement proposée par les astronomes Shude Mao et Bohdan Paczynski en 1991 comme moyen de rechercher des compagnons binaires pour les étoiles. Leur proposition a été affinée par Andy Gould et Abraham Loeb en 1992 comme méthode de détection des exoplanètes. Cette méthode est plus efficace lorsque vous recherchez des planètes vers le centre de la galaxie, car le renflement galactique fournit un grand nombre d'étoiles de fond.
Avantages:
La microlentille est la seule méthode connue capable de découvrir des planètes à de très grandes distances de la Terre et est capable de trouver la plus petite des exoplanètes. Alors que la méthode de la vitesse radiale est efficace lorsque vous recherchez des planètes jusqu'à 100 années-lumière de la Terre, la photométrie de transit peut détecter des planètes à des centaines d'années-lumière de distance, la microlentille peut trouver des planètes à des milliers d'années-lumière.
Alors que la plupart des autres méthodes ont un biais de détection vers les planètes plus petites, la méthode de microlentille est le moyen le plus sensible de détecter des planètes situées à environ 1 à 10 unités astronomiques (UA) des étoiles semblables au Soleil. La microlentille est également le seul moyen éprouvé pour détecter des planètes de faible masse sur des orbites plus larges, où la méthode de transit et la vitesse radiale sont inefficaces.
Ensemble, ces avantages font de la microlentille la méthode la plus efficace pour trouver des planètes semblables à la Terre autour d'étoiles semblables au Soleil. De plus, les levés de microlentille peuvent être efficacement montés en utilisant des installations au sol. Comme la photométrie de transit, la méthode de microlentille bénéficie du fait qu'elle peut être utilisée pour étudier simultanément des dizaines de milliers d'étoiles.
Désavantages:
Étant donné que les événements de microlentille sont uniques et ne peuvent être répétés, les planètes détectées à l'aide de cette méthode ne seront plus observables. De plus, les planètes détectées ont tendance à être très éloignées, ce qui rend les enquêtes de suivi pratiquement impossibles. Heureusement, les détections de microlentilles ne nécessitent généralement pas d'études de suivi car elles ont un rapport signal / bruit très élevé.
Bien que la confirmation ne soit pas nécessaire, certains événements de microlentille planétaire ont été confirmés. Le signal planétaire de l'événement OGLE-2005-BLG-169 a été confirmé par les observations de HST et de Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). De plus, les enquêtes de microlentille ne peuvent produire que des estimations approximatives de la distance d’une planète, laissant des marges d’erreur importantes.
La microlentille n'est pas non plus en mesure de fournir des estimations précises des propriétés orbitales d'une planète, car la seule caractéristique orbitale qui peut être directement déterminée avec cette méthode est le demi-grand axe actuel de la planète. En tant que tel, la planète avec une orbite excentrique ne sera détectable que pour une infime partie de son orbite (lorsqu'elle est loin de son étoile).
Enfin, la microlentille dépend d'événements rares et aléatoires - le passage d'une étoile précisément devant une autre, vu de la Terre - ce qui rend les détections à la fois rares et imprévisibles.
Exemples d'enquêtes de microlentille gravitationnelles:
Les enquêtes qui s'appuient sur la méthode de microlentille comprennent l'expérience de lentille gravitationnelle optique (OGLE) à l'Université de Varsovie. Dirigé par Andrzej Udalski, directeur de l'Observatoire astronomique de l'Université, ce projet international utilise le télescope de Varsovie de 1,3 mètre à Las Campanas, au Chili, pour rechercher des événements de microlentille dans un champ de 100 étoiles autour du renflement galactique.
Il existe également le groupe Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), un effort de collaboration entre des chercheurs de Nouvelle-Zélande et du Japon. Dirigé par le professeur Yasushi Muraki de l'Université de Nagoya, ce groupe utilise la méthode de microlentille pour mener des enquêtes sur la matière noire, les planètes extra-solaires et les atmosphères stellaires de l'hémisphère sud.
Et puis il y a le NETwork Probing Lensing Anomalies NETwork (PLANET), qui se compose de cinq télescopes de 1 mètre répartis dans l'hémisphère sud. En collaboration avec RoboNet, ce projet est en mesure de fournir des observations quasi continues pour les événements de microlentille provoqués par des planètes avec des masses aussi basses que la Terre.
Le levé le plus sensible à ce jour est le Korean Microlensing Telescope Network (KMTNet), un projet lancé par le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) en 2009. KMTNet s'appuie sur les instruments de trois observatoires du sud pour assurer une surveillance continue 24h / 24 des le renflement galactique, à la recherche d'événements de microlentille qui indiqueront la voie vers des planètes de la masse terrestre en orbite avec leurs étoiles des zones habitables.
Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur la détection d'exoplanètes ici à Space Magazine. Voici ce que sont les planètes solaires supplémentaires?, Qu'est-ce que la méthode de transit?, Qu'est-ce que la méthode de vitesse radiale?, Qu'est-ce que la lentille gravitationnelle? et Kepler’s Universe: plus de planètes dans notre galaxie que d’étoiles
Pour plus d'informations, assurez-vous de consulter la page de la NASA sur l'Exoplanet Exploration, la page de la Planetary Society sur les planètes extrasolaires et les archives de la NASA / Caltech Exoplanet.
Astronomy Cast a également des épisodes pertinents sur le sujet. Voici l'épisode 208: le télescope spatial Spitzer, l'épisode 337: la photométrie, l'épisode 364: la mission CoRoT et l'épisode 367: Spitzer fait des exoplanètes.
Sources:
- NASA - 5 façons de trouver une planète
- Planetary Society - Microlentille
- Wikipedia - Méthodes de détection des exoplanètes
