En 2026, l’Agence spatiale européenne (ESA) lancera sa mission de chasse aux exoplanètes de nouvelle génération, PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO).
Cette mission balayera plus de 245 000 étoiles de séquence principale de type F, G et K (jaune-blanc, jaune et orange) en utilisant la méthode de transit pour rechercher d’éventuelles planètes semblables à la Terre en orbite autour d’analogues solaires. Conformément à l’approche du « fruit à portée de main » (c’est-à-dire suivre l’eau), ces planètes sont considérées comme de solides candidats à l’habitabilité, car elles sont les plus susceptibles de présenter toutes les conditions qui ont donné naissance à la vie ici sur Terre.
Savoir combien de planètes PLATO détectera probablement et combien seront conformes aux caractéristiques de la Terre est essentiel pour déterminer comment et où il devrait consacrer son temps d’observation.
Selon une nouvelle étude qui sera publiée dans la revue Astronomie & Astrophysique, la mission PLATO est susceptible de trouver des dizaines de milliers de planètes. En fonction de plusieurs paramètres, ils indiquent en outre qu’il pourrait détecter un minimum de 500 planètes de la taille de la Terre, dont une douzaine environ auront des orbites favorables autour d’étoiles de type G (ressemblant au soleil).
L’étude a été menée par des chercheurs de l’Institut de recherche planétaire (IFP) et de l’Institut des systèmes de capteurs optiques du Centre aérospatial allemand (DLR), du Département des sciences géologiques de la Freie Universität Berlin (FU Berlin) et du Centre d’astronomie. et astrophysique à l’Université technique de Berlin (TUB). Les détails de l’étude peuvent être trouvés sur le serveur de pré-impression, arXiv.
Filip Matuszewski, titulaire d’un doctorat. candidat à l’Institut planétaire et d’astrophysique de Grenoble (IPAG) de l’Université Grenoble Alpes, a mené l’étude dans le cadre de sa thèse tout en étudiant à la FU Berlin et sur les planètes et atmosphères extrasolaires.
Pour évaluer le nombre d’exoplanètes que PLATO pouvait détecter, Matuszewski et son équipe ont développé un outil nommé Planet Yield for PLATO Estimator (PYPE). Cet outil combine une approche statistique avec des taux d’occurrence issus de modèles de formation planétaire et des données obtenues par le télescope spatial Kepler. Cela leur a permis d’estimer le nombre d’exoplanètes que PLATO détectera pendant quatre ans sur la base d’une fraction des champs d’observation sélectionnés pour le catalogue d’entrées stellaires PLATO (PIC) dans tout le ciel.
Comme Matuszewski l’a expliqué à Universe Today par e-mail :
« D’abord, nous avions besoin d’une population synthétique de planètes (notre propre petit univers, si vous voulez). Pour ce faire, nous avons pris un modèle de population planétaire, qui est essentiellement une simulation de 1000 disques protoplanétaires évoluant en systèmes planétaires (Christoph Mordasini du L’Université de Berne, en Suisse, nous a fourni ces systèmes planétaires). Étant donné que les systèmes résultants sont assez différents de ce que nous savons actuellement sur les exoplanètes, nous avons voulu inclure les données de Kepler. Sur la base des taux d’occurrence de Kepler, nous avons formé nos propres deux -populations planétaires à utiliser comme comparaison. »
La deuxième étape, a déclaré Matuszewski, consistait en l’équipe à estimer le nombre d’étoiles que PLATO observera dans un seul champ de vision (~ 125 000) et à attribuer un système planétaire (basé sur le nôtre) à chacune. Ensuite, ils ont réfléchi au nombre de ces planètes qui auraient la bonne orientation pour effectuer des transits par rapport à PLATON (est-ce le bord du télescope ?), produisant ainsi une baisse visible de la luminosité. Pour une plante en orbite autour d’une étoile de la même taille que notre soleil avec une période orbitale de 365 jours, la probabilité que cela se produise (c’est-à-dire la probabilité de transit) n’est que de 0,47 %.
Mais si l’on considère le nombre d’étoiles que PLATON observera, cela laisse encore des dizaines de milliers de candidats disponibles pour l’étude. Enfin, ils ont utilisé un modèle d’efficacité de détection qui tient compte des performances des caméras PLATO et de diverses sources de bruit pour voir si le signal de transit serait plus fort que le bruit de fond.
« C’est la fonction de base de PYPE », a déclaré Matuszewski. « A partir de là, nous pouvons modifier le programme pour nous donner des résultats pour divers faux scénarios et périodes de temps. Combien de planètes trouvons-nous en train de regarder ici pendant deux ans et là pendant deux ans ? Et si nous regardons un champ particulier plus longtemps ? »
Lorsqu’ils ont appliqué le PYPE à la mission primaire de quatre ans de l’observatoire, l’équipe a obtenu des résultats très encourageants. Selon les champs observés et pendant combien de temps, la période orbitale des planètes, l’orientation des planètes et d’autres facteurs, ils ont découvert que PLATO est susceptible de détecter des milliers ou des dizaines de milliers d’exoplanètes.
Encore plus encourageant, ils ont découvert qu’un nombre statistiquement significatif de ces planètes sont susceptibles d’être similaires à la Terre. Comme l’a expliqué Matuszewski, « En utilisant le modèle de population planétaire et le scénario de mission les plus conservateurs, nous estimons qu’un minimum de 500 planètes de la taille de la Terre seront détectées au cours de la durée nominale de la mission de quatre ans. »
« Cela inclut chaque type d’étoile et chaque distance à l’étoile. Si nous regardons des planètes de la taille de la Terre avec une plage de périodes orbitales de 250 à 500 jours autour des étoiles G (analogues Terre-Soleil), nous estimons jusqu’à 12 détections. Cela est pour l’observation de 2+2 ans avec le modèle de planète le plus optimiste. »
Au cours des 20 dernières années, le nombre d’exoplanètes connues a augmenté de façon exponentielle, avec 5 483 détections confirmées dans 4 087 systèmes (et 9 770 autres candidats en attente de confirmation) au 30 juillet 2023. La découverte et la caractérisation de ces exoplanètes ont informé (et remis en question) théories dominantes sur la formation des planètes et les taux d’occurrence.
Cependant, il reste quelques questions sans réponse et une marge d’incertitude importante quant à la fréquence de certains types de planètes (liées aux lacunes du recensement des exoplanètes).
Le but de cette étude, et de celles qui lui sont semblables, est d’établir des estimations qui peuvent être comparées à des données d’observation. La façon dont les résultats s’écartent des estimations aidera à éclairer les modèles de formation des planètes et fournira aux scientifiques une meilleure idée de la fréquence des exoplanètes – en tenant compte de la taille, de la masse, de la composition, de la période orbitale, etc.
En particulier, les résultats de PLATO montreront à quel point les planètes semblables à la Terre en orbite autour d’analogues solaires de type G sont courantes, ce qui contribuera à affiner la recherche de mondes susceptibles d’être habitables et habités.
Plus d’information:
F. Matuszewski et al, Estimation du nombre de planètes que PLATO peut détecter, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2307.12163