Nouvelles du cosmos Exoplanètes - Université Laval · 2017. 10. 2. · PHY-V006 La physique dans...

1PHY-V006 La physique dans tous ses étatsSerge Pineault - Département de physique, de génie physique et d'optique

Nouvelles du cosmosExoplanètes


Plan de la présentation

Notre Système Solaire

Disques de poussière et étoiles

– Émission infrarouge

– Un exemple: Beta Pictoris

Méthode de détection d'exoplanètes

Notion de zone habitable

Le merveilleux cas de TRAPPIST-1

La vie dans l'Univers

PHY-V006 La physique dans tous ses étatsSerge Pineault - Département de physique, de génie physique et d'optique

3


Le Soleil: notre étoile

«Petite» étoile de la branche principale

Âge : 4.6 milliards d'années

Espérance de vie: à peu près autant


4

Figure 9.14

Figure 9.16

Figure 9.15


5

Dimensions relativesFigure 9.17


6

Planètes et lunes...

Figure 9.19

Figure 9.18


7

Origine: condensationà partir du MIS

Figure 9.9

Figure 9.10


Trois phases dans laformation

d'une proto-étoile

Observation

Figure 6.37

Modèle

Figure 6.36

Figure 6.35


Figure 6.38

Jet

Proto-étoile

Onde de choc


500 UA

Quelques exemples

Figure 6.39

“Trajectoire” dans lediagramme HR

Figure 6.40


Le cas de Beta Pictoris

Étoile de 1.75 fois la masse du Soleil

8.7 fois la luminosité du Soleil

À une distance de 63.4 années-lumière

Excès d'émission dans l'infrarouge


Figure P1


Figure P2

Figure P3


Figure P4


17

Figure 9.12

Les 55 premières planètes extra-solaires

Demi grand-axe

Notre système solaire

Masses des planètes donnéesen terme de la masse de Jupiter

Figure 9.11Transit planétaire


18

Un système planétaire n'est pas une denrée rare --Télescope Kepler: plus de 4 000 candidats!

Figure 9.13

Figure 9.14

Vélocimétrie par effet Doppler


19

Où en sommes-nous?

(juin 2017)

Mission Kepler

Plus de 4 000 candidates exoplanètes

Plus de 3 600 nouvelles planètes confirmées

NGST (Next Generation Space Telescope) ou JWST (James Webb Space Telescope): lancement prévu en 2018


20

Figure 10.38 Figure 10.39


Notions importantes

Ensoleillement

Température de surface

Effet de serre

====> Zone habitable


23

Quelques facteurs critiques

Eau

Température (effet de serre)

Biosphère (présence d'oxygène, d'ozone) Vie --->

Mouvement des plaques tectoniques(recyclage du carbone)


24

Figure 9.37

Radiation réfléchie(albedo)

Radiationincidente

Radiationabsorbée

Emissionpar lasurface

Vitesse thermique au maximum

Vitesse d'échappée

La plupart des atomesont une vitesse trop petite

Petite fractions'échappant

Lune, côté jour: T = 400 K

Vitesse thermique: hydrogène: 2.6 km/s sodium: 0.54 km/sCourbe pour atomes de sodium

Équilibre:

radiation émise = radiation absorbée


25

– Température de surface

distance du Soleil

albedo (coefficient de réflection)

atmosphère (effet de serre)

Composition

gravité (masse et rayon de planète)

température et masse de particule

Température (surface) et composition (atmosphère)

Figure 9.36


26

Figure 9.38

Radiation réfléchie(albedo)

Radiationincidente

Radiationabsorbée

Emissionpar lasurface

Vitesse thermique au maximum

Vitesse d'échappée

La plupart des atomesont une vitesse trop petite

Petite fractions'échappant

Équilibre:

radiation émise = radiation absorbée

Lune, côté jour: T = 400 K

Vitesse thermique: hydrogène: 2.6 km/s sodium: 0.54 km/s

Courbe pour atomes de sodium


27

Vie ailleurs dans le Système Solaire?

Mars: Viking landers ---> Non

Jupiter: satellites galiléens: Europe?

Saturne: Titan?

Ceinture d'eau – Zone habitable

Terre maintenant Jupiter Saturne dans 5 milliards +..... Durée: 1 milliard 100 millions


28

Jupiter et Io “vus”à partir d'Europe

Figure 10.5


29

Zones habitables

Figure 10.9

Quelquessystèmesplanétairesdécouverts

Figure 10.10


31

Le fabuleux système TRAPPIST-1

Une étoile ultra-froide (M8V) entourée d'au moins 7 planètes

Distance: 40 années-lumière

Luminosité de l'étoile: 0.000525 fois la luminosité solaire

Masse de l'étoile: 0.08 fois la masse du Soleil

Âge de l'étoile: entre 3 et 8 milliards d'année

Projet mené à l'Université de Liège en Belgique

TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope


Une trappiste , ou bière trappiste, est unebière brassée par ou sous contrôle des moinestrappistes. Ces bières trappistes sontgénéralement de fermentation haute et doiventêtre brassées dans le respect des critères définispar l'Association Internationale Trappiste si ellesveulent pouvoir arborer le logo Authentic trappistproduct délivré par cette association privée.

Figure S10.2https://fr.wikipedia.org/wiki/Trappiste_(bière)

Figure S10.3

Origine du nom


33

Pourquoi s'intéresser aux petites étoiles?

Les plus nombreuses

Le signal de transit est plus contrasté

Petite masse et petite luminosité: la zone tempérée est plus proche de l'étoile

===> Planètes plus proches

===> Périodes plus courtes


TRAPPIST-SOUTH (CHILI)

TRAPPIST-NORTH(MAROC)

http://www.trappist.ulg.ac.be/cms/c_3300885/fr/trappist-portail

Figure S10.1


Sommaire des observations

Figure S10.4


36

Figure S10.6

Transit

Figure S10.5

Doppler


Figure S10.7

Transits individuels


Figure S10.8

Observations avec le satellite Spitzer

Figure S10.9

Observateur à droite

Géométrie du système


Figure S10.10

Transit triple


2016

2017

Figure S10.11

Découverte initiale versus système «final»


Figure S10.12

Paramètres orbitaux et physiques


Tailles relatives

Figure S10.13


Paramètres physiques et orbitaux

Figure S10.14


Figure S10.16

Système solaire versus TRAPPIST-1


Figure S10.9

Présence d'eau

Planètes e, f, g: océans

Planètes b, c, d: régionslimitées...

Figure S10.19

Page couverture de Nature, 23 février 2017

Figure S10.18

Et la vie?


Figure S10.15

En vert: zone habitable

Figure S10.20


Coucher de «soleil» sur TRAPPIST-1f

Figure S10.21


49

La vie dans notre Galaxie

Contraintes - Eau - Étoile solaire - Planètes

… de l'ammoniaque!

Figure 10.6


50

Taux de formation d'étoiles (par année)

Fraction avec planètes

Nombre de planètes comme Terre

Équation de Drake

Facteurs astronomiques


51

Facteurs biologiques

Fraction de planètes avec vie

Fraction avec intelligence

Fraction avec technologie de communication

Durée d'une civilisation (année)

Facteurs sociaux


52

Pierre tombalede l'humanité:adaptation et traduction deAbel: “Explorationof the Universe”(1969)


53

Figure 10.11

Figure 10.12


54

Figure 10.14

Figure 10.15

Figure 10.13


Nous avons déjà communiqué avec d'autrescivilisations potentielles!!!

Via l'envoi dematériel promotionnel

et de courriel...


56

Décodage d'un message Figure 10.25


57

Une initiative électromagnétique

Amas globulaire M13

Message envoyé vers M13 (24 000 année-lumière) – Novembre 1974

Figure 10.27

Arécibo

Figure 10.26


58

Le message tel qu'envoyé


59

Cryptographie 101: message suivant

Seulement des 0 et des 1 (blanc/noir)

Se répète après 667 “points”

667 pas racine carrée d'un nombre entier (la racine de 667 est 25.83)

Le produit de 23 par 29 donne 667!

23 et 29 sont deux nombres premiers

Message d'Arecibo contenait 1679 “bits” produit de 23 par 73, deux nombres premiers


60

On construit deux tableaux (“mots croisés”)

29 x 23 23 x 29Figure 10.29

Figure 10.28


61

Figure 10.30


62

Figure 10.31


63

Figure 10.32

Figure 10.31


64

3. Spéculations intelligentes...

Nous émettons depuis environ 50 ans

Nombre d'étoiles atteintes: environ 300 Club Galactique “sélect”...

Figure 10.33


65

Signature de la Terre -- bande FMFigure 10.34


66

Quand trois coccinellesse rencontrent...

Serions-nous en mesure de comprendreles messages d'une civilisation vraimentavancée?

Les bactéries nous comprennent-elles?

Une absence d'évidence n'est pas une évidence d'absence! Figure 10.35


67

Figure 10.36

Crois-tu que lavie existe ailleurs dans l'Univers?

Non! Absolument pas!

Car, s'”ils” existaient, “ils” auraient surement essayé de me contacter...

Voilà un problème de réglé...

Paradoxe de Fermi


68

Mondialisationextrême...

Désolé mon ami, jeviens d'acheter la

planète. Vous devezavoir quitté d'ici demain.

Figure 10.37


Bonne fin de session!

Figure S10.22

PHY-V006: La physique dans tous ses etats Nouvelles du cosmos

Source des illustrations

CM : Chaisson, E. & MacMillan, S. Astronomy – A Beginner’s Guide to the Universe, 3rd ed. (Prentice-Hall2001)CP : Bennet, J., Donohue, M., Schneider, N. & Voit, M. Cosmic Perspective, 2nd ed. (Addison Wesley 2002)SV : Seguin, M. & Villeneuve, B. Astronomy & Astrophysics (ERPI 2002)ZS : Zeilik, M. & Smith, E.v.P. Introductory Astronomy and Astrophysics (Sauders College1987)Nature 2017 : Gillon, M. et al., Nature, 542, 456-460 (2017)

Figures tirees du chapitre 6 du cours PHY-1902 :

Fig. 6.35: CP p.496 – Fig. 6.36: CP p.497 – Fig. 6.37: Arizona State Univ. & NASA STScI ; CP p.497 –Fig. 6.38: SV p.271 – Fig. 6.39: SV p.270 – Fig. 6.40: SV p.272 –

Figures de la section sur Beta Pictoris :

Fig. BP1: Smith, B.A. & Terrile, P.J. 1984, Science, 226, 1421-1424 ; et Time & Life Pictures/Getty Image– Fig. BP2: Schutz, A. & Heap, S. 1998, Computer Sciences Corporation et NASA HST – Fig. BP3:

ESO/NASA HST – Fig. BP4: Angereau et al. 2001, AA, 370, 447-455 –


Fig. 9.1: CP p.453 – Fig. 9.2: CP p.460 – Fig. 9.3: CP p.461 – Fig. 9.4: SV diapo SO01.JPG – Fig. 9.5:

SV diapo SO02.JPG – Fig. 9.6: SV p.237 – Fig. 9.7: CP p.462 – Fig. 9.8: SV diapo SO04.JPG – Fig.

9.9: CP p.208 – Fig. 9.10: CP p.209 – Fig. 9.11: – Fig. 9.12: CP p.220 – Fig. 9.13: CP p.220 – Fig.

9.14: CP p.199 – Fig. 9.15: – Fig. 9.16: CP p.199 – Fig. 9.17: CM p.101 – Fig. 9.18: SV p.509 – Fig.

9.19: SV p.467 – Fig. 9.20: CP p.248 – Fig. 9.31: CP p.251 – Fig. 9.32: NASA – Fig. 9.33: NASA –Fig. 9.34: SV p.490 – Fig. 9.35: EPA/NASA – Fig. 9.36: NASA – Fig. 9.37: NASA – Fig. 9.38: NASA– Fig. 9.39: NASA – Fig. 9.40: NASA/JPL –


Fig. 10.1: APOD/NASA – Fig. 10.2: CM p.456 – Fig. 10.3: NASA – Fig. 10.4: CP p.268 – Fig. 10.5:

CP p.309 – Fig. 10.6: Haut : Shu, F.H., The Physical Universe, Univ. Science Books (1982), p. 550) ;bas : Charles M. Schulz, Peanuts cartoon – Fig. 10.7: CP p.206 – Fig. 10.8: CP p.220 – Fig. 10.9-

10.10: CM p.462 – Fig. 10.11: Observatoire de Paris – Fig. 10.12: CM p.461 – Fig. 10.13-10.15: StarTrek Wiki, CC-BY-SA. Repere a http ://starship.wikia.com/wiki/ (page consultee le 14 juin 2017) – Fig.

10.16: Observatoire de Paris/UFE – Fig. 10.17: www.ras.ucalgary.ca/CGPS/where/plan/ – Fig. 10.18:

www.ras.ucalgary.ca/CGPS/where/plan/ – Fig. 10.19: NRAO/Ass. Univ. Inc. – Fig. 10.20: CM p.466 –Fig. 10.21: NASA/JPL – Fig. 10.22: NASA/JPL – Fig. 10.23: NASA (quest.arc.nasa.gov) – Fig. 10.24:

APOD/NASA – Fig. 10.25: CM p.464 – Fig. 10.26: CP p.188 – Fig. 10.27: NASA/HST – Fig. 10.28-

10.32: Repere a https ://writescience.wordpress.com/tag/arecibo/ (page consultee le 14 juin 2017) – Fig.

10.33: APOD – Fig. 10.34: CM p.465 – Fig. 10.35: Shu, F.H., The Physical Universe, Univ. Science Books(1982), p. 550) – Fig. 10.36: Charles M. Schulz, Peanuts cartoon – Fig. 10.37: Cartoon non identifie – Fig.

10.38: Mission Kepler, NASA – Fig. 10.39: Mission Kepler, NASA –

Figures tirees du supplement S10.1 du cours PHY-1902 :

Fig. S10.1: Telescopes Trappistes. Repere a http ://www.trappist.ulg.ac.be/cms/c 3300885/fr/trappist-portail (page consultee le 10 avril 2017) – Fig. S10.2: Bieres trappistes. Repere ahttps ://fr.wikipedia.org/wiki/Trappiste (biere) (page consultee le 10 avril 2017) – Fig. S10.3: Bieres trap-pistes par Philip Rowlands sous license : CC-BY-SA 4.0 – Fig. S10.4: Nature 2017 – Fig. S10.5: CP p. 219– Fig. S10.6: CP p. 221 – Fig. S10.7-S10.10: Nature 2017 – Fig. S10.11: NASA/JPL-Caltech. Repere ahttp ://exoplanets.nasa.gov/trappist1 (page consultee le 10 avril 2017) – Fig. S10.12: Nature 2017 – Fig.

S10.13-S10.16: NASA/JPL-Caltech. Repere a http ://exoplanets.nasa.gov/trappist1 (page consultee le 10avril 2017) – Fig. S10.18-S10.19: Nature 2017 – Fig. S10.20: Northrop Gumman/NASA Telescope JWST– Fig. S10.21: Nature 2017 et NASA/JPL-Caltech – Fig. S10.22: NASA/HST –

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