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Quelle est la méthode de microlentification gravitationnelle?

Astronomie : Quelle est la méthode de microlentification gravitationnelle?

Bienvenue dans notre série sur les méthodes de chasse Exoplanet! Aujourd'hui, nous examinons la méthode curieuse et unique connue sous le nom de microlentilles gravitationnelles.

La chasse aux planètes extra-solaires s’est certes réchauffée au cours de la dernière décennie. Grâce aux améliorations apportées à la technologie et à la méthodologie, le nombre d'exoplanètes observées (au 1er décembre 2017) a atteint 3 710 planètes dans 2 780 systèmes stellaires, dont 621 avec plusieurs planètes. Malheureusement, à cause de diverses limites imposées aux astronomes, la grande majorité a été découverte par des méthodes indirectes.

L'une des méthodes les plus couramment utilisées pour détecter indirectement les exoplanètes est la microlentille gravitationnelle. Cette méthode repose essentiellement sur la force gravitationnelle d'objets distants pour courber et focaliser la lumière provenant d'une étoile. Lorsqu'une planète passe devant l'étoile par rapport à l'observateur (c.-à-d. Qu'elle effectue un transit), la lumière plonge de manière mesurable, ce qui peut ensuite être utilisé pour déterminer la présence d'une planète.

À cet égard, la microlentille gravitationnelle est une version réduite du lentillage gravitationnel, où un objet intermédiaire (comme un amas de galaxies) est utilisé pour focaliser la lumière provenant d'une galaxie ou d'un autre objet situé au-delà. Il intègre également un élément clé de la très efficace méthode de transit, dans laquelle les étoiles sont surveillées pour détecter les baisses de luminosité afin d'indiquer la présence d'une exoplanète.

La description:

Conformément à la théorie de la relativité générale d'Einstein, la gravité fait plier le tissu de l'espace-temps. Cet effet peut déformer ou plier la lumière affectée par la gravité d'un objet. Il peut également agir en tant que lentille, rendant la lumière plus focalisée et rendant les objets éloignés (comme les étoiles) plus brillants pour un observateur. Cet effet ne se produit que lorsque les deux étoiles sont presque exactement alignées par rapport à l'observateur (c'est-à-dire l'une positionnée devant l'autre).

Ces «événements de lentilles» sont brefs, mais abondants, car la Terre et les étoiles de notre galaxie se déplacent toujours les unes par rapport aux autres. Au cours de la dernière décennie, plus d'un millier d'événements de ce type ont été observés et ont généralement duré quelques jours ou quelques semaines à la fois. En fait, Sir Arthur Eddington a utilisé cet effet en 1919 pour fournir les premières preuves empiriques de la relativité générale.

Cela a eu lieu lors de l'éclipse solaire du 29 mai 1919, au cours de laquelle Eddington et une expédition scientifique se sont rendus sur l'île de Principe, au large de la côte ouest africaine, pour prendre des photos des étoiles visibles dans la région entourant le Soleil. Les images ont confirmé la prédiction d'Einstein en montrant comment la lumière de ces étoiles était légèrement décalée en réponse au champ de gravitation du Soleil.

La technique a été proposée à l'origine par les astronomes Shude Mao et Bohdan Paczynski en 1991 comme moyen de rechercher des compagnons binaires des étoiles. Leur proposition a été précisée par Andy Gould et Abraham Loeb en 1992 comme méthode de détection des exoplanètes. Cette méthode est plus efficace lorsque vous recherchez des planètes se dirigeant vers le centre de la galaxie, car le renflement galactique fournit un grand nombre d'étoiles de fond.

Avantages:

La microlentille est la seule méthode connue capable de découvrir des planètes à de très grandes distances de la Terre et de trouver la plus petite des exoplanètes. Alors que la méthode de vélocité radiale est efficace pour rechercher des planètes éloignées de plus de 100 années-lumière de la Terre et que la photométrie en transit peut détecter des planètes à des centaines d'années-lumière, la microlentille permet de détecter des planètes éloignées de milliers d'années.

Alors que la plupart des autres méthodes ont un biais de détection vers les planètes plus petites, la méthode de microlentille est le moyen le plus sensible de détecter les planètes situées à environ 1 à 10 unités astronomiques (UA) des étoiles semblables au Soleil. La microlentille est également le seul moyen éprouvé de détecter des planètes de faible masse sur des orbites plus larges, où la méthode de transit et la vitesse radiale sont inefficaces.

Pris ensemble, ces avantages font de la microlentille la méthode la plus efficace pour rechercher des planètes semblables à la Terre autour d'étoiles semblables au Soleil. En outre, les enquêtes de microlentilles peuvent être montées efficacement à l’aide d’installations au sol. À l'instar de la photométrie en transit, la méthode de micro-intensification tire parti du fait qu'elle peut être utilisée pour examiner simultanément des dizaines de milliers d'étoiles.

Désavantages:

Étant donné que les événements de microlentille sont uniques et ne peuvent pas être répétés, les planètes détectées à l'aide de cette méthode ne seront plus observables. En outre, les planètes détectées ont tendance à être très éloignées, ce qui rend les investigations de suivi pratiquement impossibles. Heureusement, les détections de microlentille ne nécessitent généralement pas d’enquêtes de suivi car leur rapport signal sur bruit est très élevé.

Bien que la confirmation ne soit pas nécessaire, certains événements de microlentille planétaires ont été confirmés. Le signal planétaire de l'événement OGLE-2005-BLG-169 a été confirmé par les observations HST et Keck (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). En outre, les enquêtes de microlentification ne peuvent produire que des estimations approximatives de la distance d’une planète, laissant ainsi une marge d’erreur importante.

La microlentille est également incapable de donner des estimations précises des propriétés orbitales d'une planète, car la seule caractéristique orbitale pouvant être directement déterminée par cette méthode est le demi-grand axe actuel de la planète. En tant que tel, une planète avec une orbite excentrique ne sera détectable que pour une infime partie de son orbite (lorsqu'elle est loin de son étoile).

Enfin, la microlentille dépend d’événements rares et aléatoires - le passage d’une étoile précisément devant une autre, vue de la Terre -, ce qui rend les détections rares et imprévisibles.

Exemples d'enquêtes de microlentilles gravitationnelles:

Les enquêtes reposant sur la méthode de la microlentille comprennent l’expérience OLG (Optical Gravitational Lensing Experiment) de l’Université de Varsovie. Dirigé par Andrzej Udalski, directeur de l'observatoire astronomique de l'université, ce projet international utilise le télescope «Varsovie» de 1, 3 mètre situé à Las Campanas, au Chili, pour rechercher des événements de microlentille dans un champ de 100 étoiles autour du bulge galactique.

L'observatoire astronomique de l'Université de Varsovie avait l'habitude de mener le projet OGLE. Crédit: ogle.astrouw.edu.pl

Il existe également le groupe Observations de la microlentille en astrophysique (MOA), un effort de collaboration mené par des chercheurs de la Nouvelle-Zélande et du Japon. Dirigé par le professeur Yasushi Muraki de l'Université de Nagoya, ce groupe utilise la méthode de la microlentille pour mener des enquêtes sur la matière noire, les planètes extra-solaires et les atmosphères stellaires de l'hémisphère sud.

Sans oublier le réseau NETWORK (PLANET), qui comprend cinq télescopes de 1 mètre répartis dans l'hémisphère sud. En collaboration avec RoboNet, ce projet est en mesure de fournir des observations quasi continues sur les événements de microlentille causés par des planètes dont la masse est aussi basse que celle de la Terre.

L’étude la plus sensible à ce jour est le réseau coréen de télescopes à microlentilles (KMTNet), un projet initié par l’Institut coréen d’astronomie et des sciences spatiales (KASI) en 2009. KMTNet s’appuie sur les instruments de trois observatoires du sud pour surveiller le bulbe galactique, à la recherche d'événements de microlentille qui indiqueront le chemin des planètes de masse terrestre en orbite autour de leurs zones habitables d'étoiles.

Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur la détection des exoplanètes ici à Universe Today. Voici ce que sont les planètes extra-solaires ?, Qu'est-ce que la méthode de transit?, Qu'est-ce que la méthode de vitesse radiale ?, Qu'est-ce que la microlentille gravitationnelle? et l'univers de Kepler: plus de planètes dans notre galaxie que d'étoiles

Pour plus d'informations, n'oubliez pas de consulter la page de la NASA sur Exoplanet Exploration, la page de la Planetary Society sur les planètes Extrasolar et les archives de la NASA / Caltech Exoplanet.

Astronomy Cast a également des épisodes pertinents sur le sujet. Voici l'épisode 208: Le télescope spatial Spitzer, Épisode 337: Photométrie, Épisode 364: La mission CoRoT et Épisode 367: Spitzer Does Exoplanets.

Sources:

  • NASA - 5 façons de trouver une planète
  • Planetary Society Microlentille
  • Wikipedia Méthodes de détection des exoplanètes
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Enfin, le chaînon manquant dans la formation planétaire!