Détection d’exoplanètes
P.468
ACTIVITÉ D'EXPLORATION
2Détection d’exoplanètes
2
Une exoplanète est une planète située hors du système solaire. Les recherches
scientifiques sur ce sujet ont débuté au cours du XIXe
siècle. Aujourd’hui, on
recense près de exoplanètes.
➜ Comment détecter la présence d’une planète gravitant autour d’une étoile sans pouvoir la voir directement ?
Objectifs
- Interpréter les observations correspondant à une manifestation de l’effet Doppler.
- Établir et exploiter l’expression du décalage Doppler.
Doc. 1Exoplanètes
Doc. 1
Les principales méthodes de détection sont des
méthodes indirectes : la méthode des vitesses radiales
qui permet, depuis la fin des années 1990, de découvrir
plusieurs dizaines d’exoplanètes par an et la méthode
du transit qui a permis, grâce au télescope Kepler, de
découvrir plus de exoplanètes entre 2014 et 2018.
La méthode du transit consiste à observer la diminution périodique de la luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant.
La méthode des vitesses radiales consiste à mesurer, grâce à l’effet Doppler-Fizeau, le léger mouvement circulaire d’une étoile induit par l’attraction gravitationnelle exercée par ses planètes. On observe ainsi un décalage périodique du spectre de l’étoile.
La méthode du transit consiste à observer la diminution périodique de la luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant.
La méthode des vitesses radiales consiste à mesurer, grâce à l’effet Doppler-Fizeau, le léger mouvement circulaire d’une étoile induit par l’attraction gravitationnelle exercée par ses planètes. On observe ainsi un décalage périodique du spectre de l’étoile.
Doc. 2Évolution de la vitesse radiale de Tau
Doc. 2
D’après B. Sato et al., « A Planetary Companion to the Hyades
Giant Tauri », The Astrophysical Journal, 20 mai 2007.
Doc. 3Jour julien
Doc. 3
Le jour julien (abrégé en JD, pour julian day en
anglais) est la base d’un système de datation utilisé
en astronomie et qui consiste à compter le nombre
de jours écoulés depuis une date de référence fixée
arbitrairement au premier janvier -4712 à 12 h
Doc. 4Décalage Doppler-Fizeau
Doc. 4
Du fait de l’effet Doppler-Fizeau, la longueur d’onde
des radiations émises sera décalée positivement
ou négativement selon que l’astre s’éloigne ou se
rapproche, selon la relation :
|
: décalage en longueur d’onde (m)
: vitesse de l’astre (m·s-1) : célérité de la lumière dans le vide égale à m·s-1 : longueur d’onde de la radiation émise (m) |
Compétences
✔ APP : Extraire
l’information utile
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement
Questions
1. Expliquer pourquoi les longueurs d’onde des raies d’absorption d’une étoile autour de
laquelle gravite une planète subissent un décalage périodique.
2. Déterminer la période de révolution, c’est-à-dire la durée pour effectuer un tour autour de l’étoile, de l’exoplanète gravitant autour de l’étoile Tau.
3. Calculer les extrema du décalage en longueur d’onde du spectre de l’étoile ε Tau pour la raie du sodium ( nm).
2. Déterminer la période de révolution, c’est-à-dire la durée pour effectuer un tour autour de l’étoile, de l’exoplanète gravitant autour de l’étoile Tau.
3. Calculer les extrema du décalage en longueur d’onde du spectre de l’étoile ε Tau pour la raie du sodium ( nm).
Synthèse de l'activité
La précision du dispositif utilisé par les membres de l’équipe de B. Sato ne leur permettait pas de mesurer une vitesse inférieure à 6 m⋅s-1. En déduire la valeur la plus faible du
rapport entre le décalage Doppler et la longueur d’onde.