Développement d’outils pour caractériser les atmosphères d’exoplanètes
Tools development to characterize exoplanets’ atmospheres
Depuis l'annonce de la découverte de la première planète extrasolaire en 1995, environ 4000 exoplanètes ont été détectées. Alors que les découvertes d’exoplanètes sont de plus en plus fréquentes, un autre chapitre de leur étude a commencé à s’ouvrir et va se développer fortement dans les années à venir : la caractérisation de leur atmosphère. On peut apprendre beaucoup des extractions de spectres atmosphériques d’exoplanètes : par exemple, la composition moléculaire des atmosphères d'exoplanètes géantes peut retracer la formation et l'évolution de la planète, tandis que l'atmosphère des exoplanètes rocheuses peut révéler des gaz trahissant l'existence de vie.
Figure 1 :
• Transit : La couche bleue schématise la couche atmosphérique de la planète ; pendant un transit, les atomes et molécules présents dans l'atmosphère absorbent le rayonnement de l'étoile dans des longueurs d'onde données.
• Éclipse : En soustrayant l'émission de l'étoile seule, telle qu'observée lors de l'éclipse de l'exoplanète passant derrière l'étoile, au signal observé juste avant et après l'éclipse, lorsque la planète et l'étoile sont observées, nous pouvons obtenir la lumière émise (ou réfléchie) par seulement l'exoplanète.
La méthode la plus utilisée pour obtenir des informations sur l’atmosphère des exoplanètes consiste à observer l’absorption par cette atmosphère de la lumière de l’étoile hôte. Les molécules dans l’atmosphère absorbent la lumière de l’étoile dans des bandes de longueur d’onde caractéristiques de la molécule, le plus souvent situées dans le domaine de l’infrarouge. Les observations sont donc faites avec des imageurs qui détectent la lumière infrarouge. De telles observations ne sont possibles que lorsque l’exoplanète, son étoile hôte et la Terre sont alignées (Voir Figure 1). L’atmosphère d’une exoplanète en transit n’absorbe qu’une infime partie de la lumière de son étoile hôte, si bien que l’effet est souvent noyé dans les bruits systématiques des instruments et des télescopes.
On peut également avoir accès à des informations sur l’atmosphère d’une exoplanète lors d’une éclipse de la planète par son étoile (Voir Figure 1). En effet, en faisant la différence entre le signal observé avant l’éclipse, qui contient l’émission de l’étoile et de la planète, et le signal observé pendant l’éclipse, qui ne contient que l’émission de l’étoile, on peut obtenir le signal en provenance de la planète en soustrayant les deux mesures. Ce signal est bien plus faible que celui de l’étoile et est lui aussi souvent noyé dans les bruits systématiques des instruments et des télescopes.
Pour faire face aux défis posés par l'étude de l’atmosphère d’exoplanètes, sept laboratoires en Europe ont décidé d'unir leurs efforts et d'associer leur expertise dans ce domaine à travers le projet européen Horizon-2020 ExoplANETS-A, sous la coordination du CEA Saclay. Le projet a pour objectifs :
• le développement de nouvelles méthodes d’analyse des données pour exploiter au mieux les données existantes dans les archives de l'Agence spatiale européenne (ESA) combinées avec celles de l'Agence spatiale étasunienne (NASA) et ainsi produire une caractérisation homogène et fiable des atmosphères d'exoplanètes.
• l’étude de l’impact de l’étoile sur l’atmosphère de l’exoplanète, non seulement au niveau de l’irradiation, mais aussi des interactions magnétiques et des interactions de marées.
• la gestion et la diffusion des connaissances, au travers d’un serveur de connaissances relié aux archives astronomiques et aux observatoires virtuels, ainsi qu’à des ressources pédagogiques comme des cours en ligne ou des applications mobiles.
Ce projet permettra d’être fin prêt pour analyser les données qui vont être obtenues avec le JWST dans un premier temps et le satellite ARIEL dans un deuxième temps.
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• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
• Dynamique des Etoiles, des Exoplanètes et de leur Environnement
