Exoplanètes et milieu interstellaire
Milieu interstellaire
L'espace entre les étoiles (le milieu interstellaire) contient du gaz et des poussières. Cette matière est la phase intermédiaire alimentée par les étoiles déjà mortes et constituant la matière première de celles à naître. L'étude de l'abondance des différents éléments et de la structure physique de ce milieu permet de comprendre la formation des étoiles et l'évolution de la Galaxie, ainsi que l'enrichissement en éléments lourds synthétisés au cœur des étoiles.
Chercheurs permanents : Guillaume Hébrard, Alain Lecavelier des Etangs
Exoplanètes: Vélocimétrie radiale
Le spectrographe SOPHIE a été mis en service en 2006 au télescope de 193 cm de l’Observatoire de Haute-Provence. Il présente de meilleures sensibilité et précision que l’instrument ELODIE, auquel il a succédé. Il s’agit d’un spectrographe échelle, alimenté par fibres optiques et placé dans un environnement stabilisé. Il est parmi les instruments qui permettent de réaliser les mesures de vitesses radiales les plus précises au monde. Un consortium d’une vingtaine de chercheurs européens s’est constitué afin de mener un programme ambitieux et compétitif de recherche et de caractérisation de planètes extrasolaires. Il est organisé en cinq sous-programmes, visant à 1) rechercher les planètes de petites masses à haute précision, 2) détecter et étudier les planètes géantes, 3) rechercher les planètes autour des naines M et 4) des étoiles précoces, et enfin 5) rechercher les planètes à longues périodes en utilisant les données ELODIE (dont certaines remontent à 1994). Le consortium obtient en moyenne plus d’une centaine de nuits d’observation par an sur SOPHIE.
De nombreux résultats ont d’ores et déjà été obtenus dans le cadre de ce consortium. Plusieurs nouvelles planètes et naines brunes ont été détectées et publiées.
Chercheurs permanents : Guillaume Hébrard, Alain Lecavelier des Etangs
Exoplanètes: Caractéristiques orbitales et obliquité
De nombreux transits d’exoplanètes ont également été observés en spectroscopie avec SOPHIE, permettant ainsi de mesurer l’obliquité de ces systèmes. Nos observations de la planète XO-3 nous ont ainsi permis de publier le premier cas de non-alignement entre l’axe de rotation stellaire et l’axe de révolution de la planète (Hébrard et al. 2008). Ce résultat a été confirmé par des observations Keck, et depuis de nombreux autres cas de non-alignement ont été détectés, y compris sur des orbites rétrogrades. L’ensemble de ces résultats remet en cause la migration dans un disque comme modèle standard et unique permettant d’expliquer l’origine des planètes géantes proches de leur étoile, et a suscité de nombreux travaux théoriques.
Chercheurs permanents : Guillaume Hébrard, Alain Lecavelier des Etangs
Exoplananètes: l'évaporation des Jupiters-chauds
En 2003, l'équipe "exoplanètes" de l'IAP avait observé HD209458b avec le Télescope Spatial Hubble (HST) pour chercher l’hydrogène atomique HI avec la raie UV Lyman-alpha, ce qui avait conduit à la découverte de l’évaporation de cette planète. Avec un taux d’échappement de 1e10 g/s, le nuage d’hydrogène cache 15% de la surface de l’étoile, une taille plus grande que le lobe de Roche, et les atomes sont observés à une vitesse de plus de 100 km/s, dépassant la vitesse d’échappement. La découverte de la présence du carbone et de l’oxygène dans l’atmosphère supérieure de cette planète a démontré que la planète s’évapore dans un régime hydrodynamique, un processus similaire à celui qui a probablement éliminé l’atmosphère primitive de la Terre. Elles ont été confirmées avec le nouveau spectrographe COS du HST.
Grâce à des observations HST,
le nuage d’hydrogène d'un autre Jupiter-chaud, HD189733b, a été détecté et la planète s’évapore aussi avec un taux d’échappement de ~1e9 g/s. C’est le deuxième cas d’évaporation d’une planète extrasolaire.
Les dernières observations de HD189833b dans la raie Lyman-alpha ont aussi mis en évidence des variations temporelles dans l'atmosphère de cette planète; il s'agit de la première observations de variations de type météorologique observées dans l'atmosphère d'une exoplanète.
Chercheurs permanents : Guillaume Hébrard, Alain Lecavelier des Etangs
Exoplanètes: recherche d'emission radio
La détection de l'émission de radio d'une planète extrasolaire serait une étape majeure dans la caractérisation de ces planètes et de leur environnement. Une telle observation pourrait fournir des informations sur le champ magnétique planétaire et l'interaction de la planète avec le champ magnétique stellaire et la couronne.
Il y a déjà eu quelques recherches d'émission radio dans le domaine décamétrique (f<~80 MHz) pour quelques planètes extrasolaires. Toutes ces recherches ont donné un résultat négatif. Pourtant, la détection d'émission radio des planètes extrasolaires les plus proches est actuellement réalisable si ces planètes émettent un flux mile à dix-mille fois supérieur à celui de Jupiter. Les conditions extrêmes des "Jupiters-chauds'' et les lois d'échelle pour les émissions radio permettent d'envisager une telle situation. Toutefois, toutes les estimations théoriques de l'émission maser cyclotron décamétrique impliquent plusieurs inconnues, par exemple, les vents stellaires, la densité coronale, et les champs magnétiques stellaires et planétaires.
Jusqu'à présent, seules des non-détections ont été rapportées. Les principaux contributeurs au niveau de bruit à ces basses fréquences sont le fond de ciel, les interférences radio, et la scintillation ionosphérique. Par conséquent, les observations interférométriques de haute sensibilité et à haute résolution sont très prometteurs. Ainsi, le Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT situé près de Khodad en Inde), un interféromètre de 30 km comprenant 30 antennes de 45 mètres de diamètre chacune, semble être le télescope de choix. Nous avons donc entrepris un vaste programme de recherche d'émission radio avec le GMRT. Notre programme repose sur l'idée originale de l'utilisation des éclipses de planètes en transit par l'étoile pour discriminer toute émission planétaire d'éventuelles contributions stellaires ou d'arrière-plan.
Nous avons obtenu des observations de plusieurs planètes ("Jupiters-chauds" et "Neptunes-chauds"), dans plusieurs domaines de fréquences. Pour HD189733b, nous avons obtenu des valeurs limites supérieures avec une sensibilité améliorée de plus d'un ordre de grandeur par rapport aux observations précédentes obtenues par d'autres équipes à des fréquences similaires. Pour HD209458b, les observations donnent également un résultat négatif avec une limite supérieure de ~2mJy à 150 MHz.
Le résultat le plus prometteur étant une détection marginale d'un transit secondaire à 150 MHz pour l'éxoplanète de type Neptune-chaud: Hat-P-11. Si cette détection était confirmée, il s'agirait de la première détection d'une exoplanète en onde radio.
Chercheurs permanents : Guillaume Hébrard, Alain Lecavelier des Etangs
Vue d'artiste de l'évaporation de HD209458b
