Les scientifiques travaillant avec les données de la mission Kepler ont découvert 18 autres mondes de la taille de la Terre. L'équipe a utilisé une méthode plus récente et plus rigoureuse pour parcourir ces données afin de trouver ces planètes. Parmi les 18 se trouve la plus petite exoplanète jamais trouvée.
La mission Kepler a été très réussie et nous connaissons maintenant plus de 4 000 exoplanètes dans des systèmes solaires éloignés. Mais il y a une erreur d'échantillonnage bien comprise dans les données de Kepler: il était plus facile pour le vaisseau spatial de trouver de grandes planètes plutôt que de petites. La plupart des exoplanètes Kepler sont des mondes énormes, de taille proche des géantes gazeuses Jupiter et Saturne.
Il est facile de comprendre pourquoi il en est ainsi. De toute évidence, les objets plus gros sont plus faciles à trouver que les objets plus petits. Mais une équipe de scientifiques en Allemagne a développé un moyen de parcourir les données de Kepler et ils ont trouvé 18 petites planètes de la taille de la Terre. C'est important.
"Notre nouvel algorithme permet de dessiner une image plus réaliste de la population d'exoplanètes dans l'espace."
Michael Hippke, Observatoire de Sonneberg.
Dans le cas où vous n'êtes pas familier avec les techniques de chasse aux planètes, et le vaisseau spatial Kepler en particulier, il a utilisé ce qu'on appelle la «méthode de transit» pour trouver des planètes. Chaque fois qu'une planète passe devant son étoile, cela s'appelle un transit. Kepler a été finement réglé pour détecter la baisse de la lumière des étoiles causée par le transit d'une exoplanète.
La baisse de la lumière des étoiles est minuscule et très difficile à détecter. Mais Kepler a été construit à cet effet. Le vaisseau spatial Kepler, en combinaison avec des observations de suivi avec d'autres télescopes, pourrait également déterminer la taille de la planète, et même obtenir une indication de la densité de la planète et d'autres caractéristiques.
Les scientifiques soupçonnaient fortement que les données de Kepler n'étaient pas représentatives de la population d'exoplanètes en raison du biais d'échantillonnage. Tout se résume aux détails de la façon dont Kepler utilise la méthode de transit pour trouver des exoplanètes.
Depuis que Kepler a examiné plus de 200 000 étoiles pour détecter les creux dans la lumière des étoiles provoqués par le passage d'exoplanètes, une grande partie de l'analyse des données Kepler a dû être effectuée par ordinateur. (Il n'y a pas assez d'étudiants en astronomie appauvris dans le monde pour faire le travail.) Les scientifiques se sont donc appuyés sur des algorithmes pour peigner les données Kepler pour les transits.
«Les algorithmes de recherche standard tentent d'identifier les baisses soudaines de luminosité», explique le Dr René Heller du MPS, premier auteur des publications actuelles. «En réalité, cependant, un disque stellaire apparaît légèrement plus sombre au bord qu'au centre. Lorsqu'une planète se déplace devant une étoile, elle bloque donc initialement moins de lumière stellaire qu'au milieu du transit. La gradation maximale de l'étoile se produit au centre du transit juste avant que l'étoile ne redevienne progressivement plus lumineuse », explique-t-il.
Voici où la détection des exoplanètes devient délicate. Non seulement une plus grande planète provoque une plus grande baisse de luminosité qu'une petite planète, mais la luminosité d'une étoile fluctue naturellement aussi, rendant les planètes plus petites encore plus difficiles à détecter.
L'astuce pour Heller et l'équipe d'astronomes était de développer un algorithme différent ou peut-être «plus intelligent» qui prend en compte la courbe de lumière d'une étoile. Pour un observateur comme Kepler, le milieu de l'étoile est le plus brillant et les grandes planètes provoquent une gradation très nette et rapide de la lumière. Mais qu'en est-il du bord, ou du membre, d'une étoile. Était-il possible que des transits de planètes plus petites ne soient pas détectés dans cette lumière plus faible?
En améliorant la sensibilité de l'algorithme de recherche, l'équipe a pu répondre à cette question par un «oui» convaincant.
"Dans la plupart des systèmes planétaires que nous avons étudiés, les nouvelles planètes sont les plus petites."
Kai Rodenbeck, Université de Göttingen, MPS.
«Notre nouvel algorithme permet de dresser un tableau plus réaliste de la population d'exoplanètes dans l'espace», résume Michael Hippke de l'Observatoire de Sonneberg. "Cette méthode constitue un pas en avant significatif, en particulier dans la recherche de planètes semblables à la Terre."
Le résultat? "Dans la plupart des systèmes planétaires que nous avons étudiés, les nouvelles planètes sont les plus petites", a déclaré le co-auteur Kai Rodenbeck de l'Université de Göttingen et de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les systèmes solaires. Non seulement ils ont trouvé 18 planètes de la taille de la Terre supplémentaires, mais ils ont trouvé la plus petite exoplanète à ce jour, seulement 69% de la taille de la Terre. Et le plus grand des 18 est à peine deux fois plus grand que la Terre. Cela contraste fortement avec la plupart des exoplanètes trouvées par Kepler, qui se situent dans la plage de taille de Jupiter et de Saturne.
Non seulement ces nouvelles planètes sont petites, mais elles sont plus proches de leurs étoiles que leurs frères et sœurs découverts précédemment. Donc, non seulement le nouvel algorithme nous donne une image plus précise des populations d'exoplanètes par taille, mais il nous donne également une image plus claire de leurs orbites.
En raison de leur proximité avec leurs étoiles, la plupart de ces planètes sont des brûleurs avec des températures de surface supérieures à 100 degrés Celsius et certaines dépassant 1 000 degrés Celsius. Mais il y a une exception: l'un d'eux orbite autour d'une étoile naine rouge et semble être dans la zone habitable, où l'eau liquide peut persister.
Il peut y avoir plus d'exoplanètes plus petites cachées dans les données Kepler. Jusqu'à présent, Heller et son équipe n'ont utilisé leur nouvelle technique que sur certaines des étoiles examinées par Kepler. Ils se sont concentrés sur un peu plus de 500 étoiles Kepler qui étaient déjà connues pour héberger des exoplanètes. Que trouveront-ils s'ils examinent les 200 000 autres étoiles?
C’est un fait scientifique que chaque méthode de mesure de quelque chose a un biais d’échantillonnage inhérent. C’est l’une des contraintes de toute étude scientifique. L'équipe derrière ce nouvel algorithme exoplanète reconnaît pleinement que leur méthode peut également contenir un biais d'échantillonnage.
Les planètes plus petites sur des orbites plus éloignées peuvent avoir de très longues périodes orbitales. Dans notre système solaire, Pluton met 248 ans pour compléter une orbite autour du Soleil. Pour détecter une planète comme celle-ci, cela peut prendre jusqu'à 248 ans d'observation avant de détecter un transit.
Même ainsi, ils projettent de trouver plus de 100 autres exoplanètes de la taille de la Terre dans le reste des données Kepler. C’est assez, mais cela pourrait être une estimation modeste, étant donné que les données Kepler couvrent plus de 200 000 étoiles.
La force du nouvel algorithme de recherche s'étendra au-delà des données Kepler. Selon le professeur Laurent Gizon, directeur général du MPS, les futures missions de chasse à la planète peuvent également l'utiliser pour affiner leurs résultats. «Cette nouvelle méthode est également particulièrement utile pour préparer la prochaine mission PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) qui sera lancée en 2026 par l'Agence spatiale européenne», a déclaré le professeur Gizon.
L'équipe a publié ses résultats dans la revue Astronomy and Astrophysics. Leur article s'intitule «Enquête sur les moindres carrés du transport en commun. II. Découverte et validation de 17 nouvelles planètes de taille sous-super-terrestre dans des systèmes multi-planètes à partir de K2. »
