Rapport annuel 2020

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Deux planètes autour d’une naine rouge

Matière et univers

Découverte d’exoplanètes rares

En 2020, deux exoplanètes tournant autour de l’étoile TOI-1266 ont été découvertes à l’observatoire « SAINT-EX », dirigé par les chercheurs du Pôle de recherche national (PRN) PlanetS de l’Université de Berne et de l’Université de Genève. Situé au Mexique, le télescope démontre ainsi sa grande précision et permet de franchir une étape majeure dans la recherche de mondes potentiellement habitables.

 

Les naines rouges sont les étoiles les plus froides de l’univers. La présence d’eau à l’état liquide serait possible sur les planètes à proximité (ce qui ne serait pas le cas avec le soleil). Cette proximité est un avantage majeur pour la recherche des mondes habitables au-delà des limites de notre système solaire. En effet, la distance séparant une exoplanète et son étoile est un facteur essentiel à sa découverte. Plus elles sont proches, plus la probabilité que les astronomes découvrent d’autres planètes est élevée.

« Les naines rouges sont assez petites et émettent peu de lumière par rapport à la plupart des autres étoiles comme le Soleil », explique Brice-Olivier Demory, principal auteur de l’étude publiée en octobre 2020 et professeur d’astrophysique à l’Université de Berne. En raison de ces facteurs, il est difficile de les observer en détail. En l’absence d’instruments adéquats, les planètes potentielles tournant autour des naines rouges pourraient nous échapper, en particulier les planètes comparables à la Terre, qui sont relativement petites.

Le saviez-vous ?

« En 1995, les deux astronomes suisses Michel Mayor et Didier Queloz de l’Université de Genève ont découvert les premières exoplanètes tournant autour d’une étoile semblable au Soleil. Cette découverte révolutionnaire a valu aux deux scientifiques de recevoir le prix Nobel de physique en 2019. Une véritable fièvre s’est emparée du milieu scientifique, qui s’est mis avec frénésie à la recherche d’exoplanètes (planètes en dehors de notre système solaire). Environ 4 400 exoplanètes ont été découvertes jusqu’à présent. »

Un télescope spécial

Situé au Mexique et utilisé entre autres par le PRN PlanetS (voir encadrés), le télescope SAINT-EX est un instrument permettant d’étudier avec plus de précision les naines rouges et leurs planètes. L’abréviation SAINT-EX signifie Search And characterIsatioN of Transiting EXoplanets. Le projet a été nommé en hommage au célèbre écrivain, poète et aviateur Antoine de Saint-Exupéry (Saint-Ex).

L’observatoire SAINT-EX est une installation entièrement automatisée équipée d’un télescope d’un mètre. Il est également doté de capteurs permettant une détection très précise de petites planètes situées autour d’étoiles froides. Cette spécialisation porte désormais ses fruits : début 2020, le télescope a ainsi permis de découvrir deux exoplanètes autour de l’étoile TOI-1266, à environ 120 années-lumière de la Terre.

Un couple étrange

L’étude donne un premier aperçu des caractéristiques des deux exoplanètes. Par rapport aux planètes de notre système solaire, TOI-1266 b et c se trouvent bien plus près de leur étoile. Elles ont respectivement besoin de 11 et 19 jours pour parcourir leur orbite. Toutefois, comme cette étoile est bien plus froide que notre Soleil, leurs températures ne sont pas extrêmes : la température de la planète externe serait approximativement celle de Vénus (bien qu’elle soit sept fois plus proche de son étoile que Vénus du Soleil). Les deux planètes présentent une densité similaire et pourraient être composées comme suit : une moitié de roches et fer, une moitié d’eau. Elles comporteraient environ deux fois moins de roches que la Terre ou Vénus, mais en posséderaient bien plus qu’Uranus ou Neptune.

La taille de ces planètes est sensiblement différente. Le diamètre de la planète intérieure, TOI-1266 b, mesure un peu moins de deux fois et demie celui de la Terre. Elle entre donc dans la catégorie dite des « sous-Neptune ». TOI-1266 c, la planète extérieure, est environ une fois et demie plus grosse que la Terre. Elle fait donc partie des « super-Terre ».

« La possibilité d’étudier deux types de planètes dans le même système est une superbe opportunité. Elle pourrait nous aider à mieux comprendre la naissance de ces planètes de taille différente », précise Brice-Olivier Demory.
Brice-Olivier Demory, responsable du project SAINT-EX du Center for Space and Habitability (CSH) et du PRS PlanetS, Université de Berne © Université de Berne, Photo: Ramon Lehmann
Le dôme du télescope SAINT-EX. © màd
Comparaison directe entre les planètes du système TOI-1266 et les planètes internes du système solaire. © Institute of Astronomy, UNAM / Juan Carlos Yustis

SAINT-EX – recherche et caractérisation des exoplanètes

SAINT-EX (Search And characterIsatioN of Transiting EXoplanets) est une collaboration internationale lancée en septembre 2016 au Mexique. Le responsable du projet est le prof. Brice-Olivier Demory du Center for Space and Habitability (CSH) de l’Université de Berne et du PRN PlanetS (voir ci-après). Au Mexique, la coordinatrice et responsable du projet est la Dr Yilen Gomez Maqueo Chew de l’institut d’astronomie de l’Université nationale autonome du Mexique (Instituto de Astronomía der Universidad Nacional Autonoma de Mexico, UNAM). Le prof. Willy Benz du PRN PlanetS, le prof. François Bouchy de l’Université de Genève, le Dr. Michaël Gillon de l’Université de Liège en Belgique, le prof. Kevin Heng de l’Université de Berne, le prof. Didier Queloz de l’Université de Genève et de Cambridge et la Dr. Laurence Sabin, qui fait également partie de l’Instituto de Astronomía de Astronomía de l’UNAM, participent également au projet.

SAINT-EX a été financé par le Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique, les Universités de Berne, Genève, Liège et Cambridge ainsi que par l’UNAM. Le projet SAINT-EX a également reçu le soutien du conseil national scientifique et technologique (CONACYT) à la suite d’un appel d’offres des laboratoires nationaux pour l’observatoire astronomique national de San Pedro Martir. 

Site Web du projet de l’Université de Berne : https://www.saintex.unibe.ch/

 

PRN PlanetS : recherche sur les planètes made in Switzerland

En 2014, le Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique a confié le pôle de recherche national (PRN) PlanetS à l’Université de Berne, qu’elle dirige depuis en collaboration avec l’Université de Genève. Depuis sa participation au premier alunissage en 1969, l’Université de Berne prend part aux missions spatiales de diverses organisations comme la NASA, l’ESA, ROSCOSMOS ou encore JAXA. En collaboration avec l’Université de Genève, elle assure actuellement la direction de la mission CHEOPS de l’Agence spatiale européenne (ESA). En outre, les chercheurs bernois sont à la pointe dans le domaine des modèles et des simulations concernant la naissance et le développement des planètes.

Avec la découverte des premières exoplanètes, l’Université de Genève s’est positionnée comme l’une des institutions majeures dans ce domaine. Son travail a p. ex. débouché, en 2003, sur la construction et l’installation du spectrographe HARPS sur le télescope de 3,6 m de l’ESO à La Silla, sous la direction genevoise. L’instrument ESPRESSO a ensuite été mis en place sur le très grand télescope de l’ESO à Paranal. Genève accueille également le « Science Operation Center » de la mission CHEOPS.

L’EPF de Zurich et l’Université de Zurich sont les institutions partenaires du PRN PlanetS. Les scientifiques spécialisés dans l’astrophysique, le traitement des données et les sciences de la terre dirigent les projets et apportent une contribution majeure aux travaux de recherche dans le cadre du PRN PlanetS. Par ailleurs, l’EPF joue au niveau mondial un rôle déterminant dans l’instrumentation de plusieurs observatoires et missions spatiales.

Le PRN PlanetS comprend les domaines de recherche suivants :

  • Stades précoces de la naissance des planètes ;
  • Architecture, naissance et développement des systèmes planétaires ;
  • Atmosphère, surfaces et intérieur des planètes ;
  • Détermination de l’habitabilité des planètes.

Pour plus d’informations : http://nccr-planets.ch/fr/

 

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