Partez à la chasse aux exoplanètes et aux trous noirs pendant le confinement

En attendant la fin du confinement, vous pouvez essayer de faire comme Isaac Newton, confiné chez lui pendant plus d'un an à la suite d'une épidémie de peste, et faire de grandes découvertes scientifiques en aidant les chercheurs grâce aux sites de science participative. 

Tirons le meilleur du confinement  « Restez chez vous ! » C’est le mot d’ordre lancé par les autorités pour lutter contre la propagation du coronavirus responsable de la pandémie de Covid-19. Et nous sommes désormais des millions à vivre une situation inédite, celle du confinement. Pour nous en sortir au mieux, peut-être faut-il la vivre comme une expérience humaine de plus. 

L'histoire est archiconnue et on ne manque pas de la rappeler en ce moment. Né en 1642, Isaac Newton est admis en 1661 au fameux Trinity College de Cambridge où il va se familiariser avec les travaux de Descartes, Galilée et Kepler en mathématique, mécanique et astronomie. Mais en 1665, une épidémie de peste se déclare en Angleterre, la tristement célèbre Grande peste de Londres, et l'université n'a pas d'autre choix que de fermer ses portes dans une stratégie de confinement, déjà. Newton rentre chez lui et passe les 18 mois suivants à se consacrer à ses réflexions solitaires qui vont le mener bien au-delà des travaux de ces prédécesseurs car, selon ses dires, c'est pendant cette « Annus mirabilis », une locution latine pouvant se traduire par « année de merveilles » qui aurait été utilisée la première fois par le poète britannique John Dryden pour désigner cette période, qu'il va découvrir les bases de ses travaux révolutionnaires en optique, théorie de la gravitation et calcul infinitésimal. Par extension, on utilise aussi le terme « Annus mirabilis » pour désigner l'année la plus productive d'Albert Einstein, 1905, où il découvre simultanément la théorie de la relativité restreinte, les quanta de lumière, et donne la théorie du mouvement brownien qui permettra à Jean Perrin de démontrer l’existence des atomes.

Newton est un cas unique dans l'histoire des sciences, surpassant même Einstein dont bien évidemment aucun d'entre nous ne peut imaginer l'égaler pendant la période de confinement qui nous frappe avec le coronavirus. Mais cela ne veut nullement dire que tout un chacun ne peut pas aider à faire des découvertes extraordinaires. Le cerveau humain reste encore plus puissant que les techniques de deep learning, ou plus généralement de l'IA, pour découvrir des régularités dans des données fournies par des expériences scientifiques. Et c'est pourquoi depuis des années les chercheurs font appel aux internautes pour analyser des données fournies par des programmes de recherche.

Dans Space, Jérémy Wilks vous emmène ce mois-ci à l'observatoire de Genève, la « maison » des experts en exoplanètes, ces planètes qui sont en dehors de notre Système solaire. À ce jour, plus de 4.000 d'entre elles ont été découvertes, mais les scientifiques pensent qu'il en existe des millions dans la Voie lactée. La première exoplanète qui a été découverte est une planète géante gazeuse similaire à Jupiter, en orbite autour de son étoile. Cette découverte, faite en 1995 par le professeur Michel Mayor de l'université de Genève, a donné le coup d'envoi d'une révolution en astronomie. © European Space Agency, ESA

Chassez exoplanètes, trous noirs, astéroïdes et ondes gravitationnelles

On se souvient de la mission Stardust où il s'agissait d'identifier et isoler les poussières interstellaires emprisonnées dans l'aérogel du collecteur de cette mission qui avait rencontré la comète Wild 2. Futura vous avait aussi proposé de partir à la chasse aux exoplanètes, dans le précédent article ci-dessous, dans le cadre du site Planethunters qui mettait à disposition les données de la mission Kepler afin d'y chercher des transits possibles d'exoplanètes. Ce site existe toujours mais ce sont maintenant les données de Tess, le successeur de Kepler, qui requièrent votre attention. Alors êtes-vous prêt à découvrir, peut-être, une exoterre habitable ?

Futura vous a récemment proposé aussi d'aider les astrophysiciens à débusquer des trous noirs supermassifs en se connectant en ligne à Radio Galaxy Zoo dans le cadre du célèbre Zooniverse. Ce portail de science citoyenne bien connu est une extension du projet original Galaxy Zoo qui invitait les internautes à classer les galaxies.

Zooniverse contient maintenant un large catalogue de projets de science citoyenne, et pas seulement en astronomie. Vous pouvez bien sûr aider à trouver des astéroïdes dans les images collectées par Hubble, des ondes gravitationnelles dans les données enregistrées par Ligo mais aussi contribuer à un projet visant à développer un modèle informatique de diagnostic de la rétinopathie diabétique ou encore déchiffrer les archives climatiques de la planète enregistrées depuis quelques millions d'années dans des fossiles de feuilles.

POUR EN SAVOIR PLUS

Fête de la science : devenez chasseur d'exoplanètes !

Article de Laurent Sacco publié le 11/10/2012

Les exoplanètes vous font rêver, vous êtes membre de Seti@home mais vous regrettez de ne pas pouvoir faire partie des équipes qui chassent des superterres ? Vous avez tort ! La Nasa vous offre de prendre part à l'analyse des données de Kepler et de découvrir des exoplanètes, de chez vous. Serez-vous le découvreur de la première exoterre habitable ?

Rappelez-vous, c'était en 2006. La sonde Stardust venait juste de rapporter sur Terre des poussières piégées dans de l'aérogel lors de son survol de la comète Wild 2. Le rêve de certains, celui de pouvoir travailler pour la Nasa en analysant des échantillons de matière extraterrestres, allait se réaliser. Les membres de la mission Stardust annonçaient recruter à tour de bras pour analyser, via Internet, les photos du piège à poussières afin d'y retrouver la précieuse matière cométaire et peut-être même des grains de matière interstellaire.

Si des ordinateurs peuvent fouiller efficacement dans des bases de données, il est tout de même des domaines où le cerveau humain se révèle encore le plus efficace. C'est notamment le cas lorsqu'il s'agit de reconnaître des caractéristiques sur des photos. Les auteurs du site Zooniverse l'ont bien compris et ils permettent depuis quelque temps à tous les passionnés, qu'ils soient docteur en astrophysique ou non, d'analyser les images prises par des télescopes comme Hubble ou Spitzer comme le feraient des professionnels pour percer les secrets de l'univers.

Depuis quelque temps, c'est à la recherche des exoplanètes qu'ils vous convient avec Planethunters. Ils vous proposent en effet de devenir vous-même un chasseur de planètes et d'aider les membres de la mission Kepler, ainsi que les exobiologistes qui chassent les exoplanètes, à en découvrir dans les observations de ce télescope en orbite.

Chasser des exoplanètes avec la méthode du transit planétaire

Nul besoin d'équipement compliqué ou d'une formation poussée en science, votre ordinateur, votre passion et un minimum de maîtrise de l'anglais à l'écrit suffisent pour cela. Mais avant de pouvoir partir en chasse, il vous faut comprendre ce qu'est la méthode du transit planétaire et à quoi elle sert.

La méthode du transit planétaire est une méthode photométrique. Elle repose sur la mesure des faibles variations périodiques de la luminosité d'une étoile lorsqu'une planète passe devant elle. L'orientation du plan orbital d'une exoplanète est arbitraire et l'observation possible d'un transit est d'autant plus rare que la période de révolution d'une telle planète est importante. Il faut donc observer simultanément un grand nombre d'étoiles pour espérer surprendre un transit. C'est ce que font les deux missions spatiales actuellement dédiées à l'étude, entre autres, des transits planétaires : la mission Kepler de la Nasa et la mission Corot de l'Esa.

Il n'est pas forcément évident de distinguer une brusque et faible baisse de luminosité de l'étoile due à un transit d'une variation similaire liée à l'activité propre de l'étoile. La courbe de luminosité d'une étoile est parfois fortement variable, même si les amplitudes de ces variations sont faibles. Si l'on veut faire des mesures fines de photométrie pour les transits planétaires extrasolaires, il est donc nécessaire de placer un détecteur dans l'espace afin de s'affranchir des variations de luminosité causées par l'atmosphère de la Terre.

Enfin, il faut que le transit se répète périodiquement un nombre suffisant de fois avant de pouvoir commencer à envisager que l'on a détecté une exoplanète. Dans le cas d'une vraie exoterre, il faudrait donc attendre au moins 3 ans avant de parler d'une découverte, avec de plus une estimation de la masse fournie par la méthode des vitesses radiales. Si la masse de l'exoplanète est comprise entre 2 et 10 fois celle de notre planète, il faudra alors parler d'une superterre. Dans les deux cas, si la planète est en orbite autour d'une naine rouge, sa zone d'habitabilité sera à des distances inférieures à celle de notre Système solaire. Il n'est donc pas nécessaire d'attendre 3 ans pour confirmer un transit.

Les courbes de luminosité de Kepler

La largeur et la profondeur de courbe de luminosité permettent d'avoir des renseignements sur l'exoplanète. En effet, connaissant le spectre de l'étoile, il est possible d'en tirer la valeur de son rayon. Or, la diminution relative du flux de lumière de l'étoile à l'occasion d'un transit est égale au carré du rapport du rayon de l'exoplanète à celui de son soleil. Si on connaît sa masse, que l'on détermine par la méthode des vitesses radiales, on en déduit automatiquement sa densité moyenne. C'est une donnée importante car une superterre trop peu dense est probablement une planète océan comme 55 Cancri e.

Ce que proposent donc les membres de Planethunters, c'est que vous examiniez les courbes de luminosité prises en surveillant les plus de 145.000 étoiles observées par Kepler et d'y chercher des signes de transits. Comme l'explique une vidéo en anglais, il vous faut aussi répondre à quelques questions concernant les caractéristiques de ces courbes de luminosités. Il est nécessaire d'utiliser une fonction zoom pour observer les détails possibles d'un transit qui sont parfois cachés dans un signal apparaissant très bruité, comme le montre la courbe ci-dessus extraite du site de Planethunters.org.

Comme le montre l'image ci-dessus, le cas idéal est celui où l'on est en présence d'une étoile très calme devant laquelle transite une exoplanète de grande taille.

Bien entendu, les chasseurs d'exoplanètes auront leur nom dans la publication des chercheurs annonçant une nouvelle découvert