Plusieurs lectures trouvées sur internet m’ont guidée dans la réalisation de cette œuvre :
-Wikipédia
⁃200 ans de recherches scientifiques :
⁃un trio de terres à 40 années-lumière ?
De nombreuses publications rendent hommage au travail de Michaël Gillon et de l’équipe belge. Dès le mois de juin 2016, les astrophysiciens liégeois découvrent trois planètes de la taille de la Terre autour d’une petite étoile située à environ 40 années-lumière.
Michaël Gillon et Emmanuël Jehin, chercheurs qualifiés CNRS au Laboratoire sur les Origines en Cosmologie et Astrophysique de l’Université de Liège, sont à la tête du projet TRAPPIST : les planètes découvertes autour de TRAPPIST-1 sont à l’heure actuelle les candidates à la détection de vie extrasolaire les plus sérieuses que nous connaissons.
Un trio de terres à 40 années-lumière – juin 2016 :
Les étoiles naines rouges ultrafroides sont très fréquentes dans la Galaxie, bien plus que les étoiles de type solaire. Ces étoiles moins lumineuses ont une zone habitable plus proche de leur surface. Une planète pourrait orbiter autour en quelques jours ; or une grande fréquence orbitale augmente drastiquement la chance de débusquer une planète.
Mais ces étoiles n’émettent que très peu de lumière, les plus proches de la Terre commencent à peine à pouvoir être étudiées et l’étoile TRAPPIST-1 elle même n’a été découverte que récemment, en 2000. Au delà d’une centaine d’années-lumière, les naines rouges ultrafroides restent inobservables, alors que les étoiles plus massives comme le Soleil émettent un signal visible de plusieurs milliers d’années-lumière de distance.
Les chercheurs Liégeois estiment que ces étoiles cachent presque toutes un système planétaire comme semble le confirmer cette première découverte. « Dans les prochaines années » se réjouissent les deux chercheurs « nous allons sonder vingt fois plus de planètes que celles observées jusqu’à aujourd’hui. On peut donc espérer trouver beaucoup plus de systèmes planétaires. Cette découverte est le fruit d’un premier travail de cinq années, et cela semble indiquer que la présence de petites planètes est très fréquente autour de ce type d’étoiles ! »
Le projet SPECULOOS : « au total, nous avons répertorié un millier d’étoiles suffisamment proches pour qu’on puisse entamer des études atmosphériques d’éventuelles planètes de taille terrestre les transitant, » intervient Michaël Gillon. « Elles sont réparties un peu partout dans le ciel, là où le télescope spatial Kepler de la NASA peut sonder des milliers d’étoiles en même temps, nous devons les étudier une par une, en les observant chacune à leur tour pendant une dizaine de nuits en moyenne ». « Pour détecter un transit, il faut qu’une planète passe exactement devant son étoile vue depuis la Terre, ce qui statistiquement n’arrive pas souvent ».
« Dans cette réalité » ponctue Emmanuël Jehin, « les télescopes de relativement grande taille sont bien trop sollicités pour pouvoir se focaliser sur une seule étoile. Avoir nos propres télescopes était donc vital pour le projet ».
Début 2017, ce sont donc quatre télescopes plus grands et plus puissants qui seront opérationnels depuis l’Observatoire Européen du Mont Paranal au Chili. Un télescope jumeau de TRAPPIST financé par l’Ulg sera aussi installé au Maroc.
Le système TRAPPIST présente une ressemblance assez étonnante avec le système jovien. Les satellites de Jupiter sont certes plus rapprochés, mais ils orbitent avec des périodes très similaires. « à leur naissance », commente Michaël Gillon « ces petites étoiles sont entourées de disques protoplanétaires nettement plus compacts que les étoiles de type solaire. Ce qui est surprenant, c’est d’avoir autant de planètes si proches de la taille de la Terre. Même si nous savons que les disques protoplanétaires n’ont pas forcément une masse proportionnelle à la masse de l’étoile. Tout dépend des conditions de formation, de la composition du nuage de gaz et de poussières initial, de la vitesse de rotation du système, etc… Si je devais parier, je dirais que ces objets se sont formés au-delà de la ligne des glaces de l’étoile, qui ne se trouve qu’à 0,06 UA. A cette distance, les températures ne dépassent pas les -100°C, les éléments volatiles restent solides sous forme de glaces, et peuvent se joindre aux roches pour former des planètes ». Il suffit ensuite que les planètes migrent vers l’étoile et l’on se retrouve avec un système comme celui de TRAPPIST. »
« Imaginons maintenant que ces planètes franchissent la ligne des glaces, mais qu’elles ne s’approchent pas trop près de l’étoile. A bonne distance, » résument les deux chercheurs, « cette glace peut fondre et former des océans ».
Imaginons donc que nous partons pour un voyage interstellaire en direction de TRAPPIST-1, située dans la constellation du Verseau.
TRAPPIST-1 : Pas facile la vie/la réalité existe :
Après trente neuf ans de voyage à la vitesse de la lumière, en nous approchant du système TRAPPIST-1, nous observerions un soleil rouge âgé de 500 millions d’années, représenté sur l’oeuvre, plus près ce soleil géant apparaîtrait en rose. Cette étoile est une naine rouge de type M8, elle est très petite (un dixième du diamètre du soleil), très froide (2560 K) et très peu lumineuse (1900 fois moins que le soleil). Les périodes orbitales des sept planètes se situent de 1,5 à 20 jours, elles sont très proches de leur étoile et de multiples transits doivent valoir le détour…
Si nous nous étions trouvés tout près de TRAPPIST-1 le 4 mai 2016 nous aurions assisté au transit symbolisé devant l’étoile, dans le bord inférieur gauche. Nous ne pouvons qu’imaginer ce « voyage », aussi nous remercions Michaël Gillon et son équipe pour la détection de ce transit.
VLT observations of the light curve of TRAPPIST-1 during the triple transit of 11 December 2015 : un triple transit a été observé le 11 décembre 2015 avec l’instrument HAWK-1 sur le VLT ESO. Sur l’image la courbe de lumière historique montre pour la première fois trois planètes de taille semblable à la Terre, dont deux d’entre elles dans la zone habitable, passant devant leur étoile.
Sur l’oeuvre, en partant de l’étoile centrale TRAPPIST-1 en rouge où figurent le double transit du 4 mai 2016 ainsi qu’une autre planète transitant sur le bord supérieur droit, le rayonnement UV est symbolisé en petites ondes jaunes et roses représentant les photons. Entre ces photons des tourbillons en courbes ondulées bleues entourées de petits points bleus symbolisent de façon poétique le ballet des électrons avec lesquels les photons entrent constamment en collision. Dans la réalité, électrons et photons doivent se rencontrer de façon moins romantique, mais ma liberté de peintre laisse un peu de place au rêve !
HZ : « habilitability zone » ou la zone habitable se situe autour de TRAPPIST-1 à 0,024 UA pour la limite intérieure (notée HZ 0,024 AU à gauche et à droite), et à 0,048 UA pour la limite extérieure (notée HZ 0,048 AU en bas de l’oeuvre).
Wikipédia : les planètes ont des orbites en résonance les unes avec les autres : pendant que la planète TRAPPIST-1b parcourt 8 révolutions, les planètes c,d,e,f et g en parcourent 5,3,2,4/3, et 1. Elles possèdent probablement toutes une rotation synchrome et présentent donc toujours la même face à leur étoile. Trois d’entre elles, TRAPPIST-1e, TR-1f et TR-1g pourraient abriter de l’eau liquide en surface. Avec des atmosphères identiques, TRAPPIST-1b, c et d subiraient un emballement de l’effet de serre bien que la possibilité d’eau liquide en surface dans des régions limitées ne soit pas exclue.
Les planètes du système subissent cependant une forte irradiation dans les domaines UVE et X, ce qui pourrait avoir des conséquences sur le maintien de leur atmosphère, favorisant notamment la photodissociation de la vapeur d’eau et l’échappement atmosphérique de l’hydrogène.
Voici quelques repères pour la bonne compréhension de l’oeuvre :
RE : « radius earth » ou rayon terrestre, abréviation notée à côté des planètes pour indiquer le rayon de chacune d’elles.
UA : unité astronomique : environ 150 millions de kilomètres.
AU : astronomic units : idem en version anglaise.
HZ : habitability zone ou zone habitable
ZH : idem en français pour zone habitable
Ion : un ion est une espèce chimique électriquement chargée, atome ou groupes d’atomes- qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Les cations sont des ions chargés positivement, les anions sont des ions chargés négativement.
Dans les disques de poussières autour des étoiles, on découvre de nombreux ions tels H+, H2+, HCO+, O2+, 03+, CH+, CO+, OH+, CH2+, H2O+, N2H+… représentés sur l’oeuvre… pour ne citer que les plus courants.
L ‘atome d’hydrogène « H » ainsi que les molécules H2O, CO, CS, CH4, CO2 sont également représentés sur l’oeuvre.
Nous voici maintenant arrivés au terme de notre voyage interstellaire, nous sommes devant TRAPPIST-1 et ses sept petites planètes, allons à leur découverte !
TRAPPIST-1a : l’étoile possède une masse de 0,080 masse solaire, un rayon d’environ 0,117 rayon solaire, une luminosité de 0,000525 luminosité solaire et un âge d’environ 500 millions d’années.
Sur l’oeuvre autour de l’étoile dans la partie sombre figurent les planètes TR-1b et TR-1c, les plus proches de l’étoile. Elles sont symbolisées en colori ocre avec, pour la planète TRAPPIST-1c (Tr-1c) représentée à gauche et à droite de l’étoile, une trainée ocre qui permet d’imaginer leur atmosphère soufflée par le puissant rayonnement stellaire.
TRAPPIST-1b, la première planète représentée à gauche et à droite de l’étoile dans la partie sombre, possède un rayon de 1,08 rayon terrestre, une masse de 0,85 M, une période orbitale de 1,5 jours, une inclinaison orbitale de 89,65°, un demi-grand axe de 0,011 UA et une température d’équilibre de 400,1 K ; la durée du transit est de 36,40 minutes.
TRAPPIST-1c : cette deuxième planète a une taille comparable à celle de la Terre, avec une période orbitale de 2,42 jours terrestres. Elle possède un rayon de 1,05 rayon terrestre, une masse de 1,38 masse terrestre, une inclinaison orbitale de 89,67°, un demi-grand axe de 0,01 UA et une température d’équilibre de 341° K ; la durée du transit est de 42 minutes.
TRAPPIST-1d : la troisième planète possède un rayon de 0,772 rayon terrestre, une masse de 0,41 masse terrestre, une période orbitale de 4,04 jours terrestres, une inclinaison orbitale de 89,75°, un demi-grand axe de 0,021 UA et une température d’équilibre de 288 K° ; la durée du transit est de d’environ 49 minutes.
Elle est représentée à droite et à gauche sous l’étoile.
TRAPPIST-1e : la quatrième planète possède un rayon de 0,91 rayon terrestre, une masse de 0,62 masse terrestre, une période orbitale de 6,09 jours terrestres, une inclinaison orbitale de 89,86°, un demi-grand axe de 0,028 UA et une température d’équilibre de 251 K° ; la durée du transit est de 57,21 minutes.
Notée TR-1e sur l’oeuvre, elle est représentée, en s’éloignant de l’étoile, à gauche et à droite où elle est symbolisée en colori sombre entouré d’un halo rose.
TRAPPIST-1f : la cinquième planète possède un rayon de 1,04 rayon terrestre, une masse de 0,68 masse terrestre, une période orbitale de 9,20 jours terrestres, une inclinaison orbitale de 89,68°, un demi-grand axe de 0,037 UA et une température d’équilibre de 219 K° ; la durée du transit est de 62,60 minutes, avec une profondeur de transit de 0,67.
Notée TR-1f sur l’oeuvre, elle est représentée à gauche en haut en une petite boule bordée de rose ; on la voit à nouveau sous l’étoile et au milieu, en une boule sombre au halo rose, en marron clair est symbolisée son atmosphère qui s’échappe, soufflée par le rayonnement puissant de l’étoile.
TRAPPIST-1g : la sixième planète possède un rayon de 1,12 rayon terrestre, une masse de 1,34 masse terrestre, une période orbitale de 12,35 jours terrestres, une inclinaison orbitale de 89,71°, un demi-grand axe de 0,045 UA et une température d’équilibre de 198,6 K° ; la durée du transit est de 68,40 minutes, et la profondeur de transit de 0,78 %.
Notée TR-1g sur l’oeuvre, la planète est représentée tout au bord de l’oeuvre à droite et à gauche en boule sombre, et de couleur verte pour le côté qui fait face à l’étoile. Elle est symbolisée également en bas de l’oeuvre, en une boule sombre au halo vert, près de la limite extérieure de la zone habitable ; cette dernière est indiquée en bas à gauche dans la partie sombre et elle est notée HZ pour « habitability zone » ou « zone habitable » à 0,0048 AU (pour « astronomic units » ou unités astronomiques).
TRAPPIST-1h : la septième planète possède un rayon de 0,75 rayon terrestre, une masse in connue, une période orbitale de 18,76 jours, une inclinaison orbitale de 89,80°, un demi-grand axe inconnu : la durée de transit est de 76,70 minutes, avec une profondeur de transit de 0,35 %.
Notée TR-1h sur l’oeuvre, elle est représentée tout en bas sur les bords à gauche et à droite, en une grosse boule sombre bordée d’ocre rose.
200 ans de recherches scientifiques : un trio de terres à 40 années-lumière /juin 2016 :
Les étoiles naines rouges ultrafroides sont très fréquentes dans la Galaxie, bien plus que les étoiles de type solaire. Ces étoiles moins lumineuses ont une zone habitable plus proche de leur surface.
Imaginons maintenant que notre voyage interstellaire se poursuit et que nous nous « promenons » autour de l’étoile dans le système TRAPPIST-1, nous croisons les différentes planètes et nous analysons la chimie et le rayonnement du disque protoplanétaire, suivons le guide !
D’après les données du télescope Hubble, les planètes b et c ne possèdent pas d’atmosphère d’hydrogène, le rayonnement UV les a probablement complètement déshydraté en faisant perdre une quantité d’eau équivalente à celle de la Terre à la planète d.
Si en temps normal, le flux UV d’une étoile aussi froide est bénin, les naines rouges sont sujettes à de fortes éruptions qui font augmenter énormément le flux UV. Et ces dernières se produisent environ une fois par semaine sur TRAPPIST-1.
Commençons « la promenade » : à côté de chaque planète est noté leur rayon : RE pour « radius earth » ou rayon terrestre. Voici ce que nous pouvons supposer de la chimie dans le disque protoplanétaire ainsi que des atmosphères planétaires autour de l’étoile TRAPPIST-1.
A gauche et à droite près de l’étoile figure la planète TR-1b en petite boule ocre marron avec un rayon de 1,08 RE, elle est accompagnée par la planète TR-1c d’un rayon de 1,05 RE. Les planètes sont représentées également à droite de l’étoile dans la partie supérieure du disque sombre qui l’entoure. Partant de la planète TR-1c, l’atmosphère soufflée vers l’extérieur est symbolisée en marron clair : on y voit de nombreux éléments chimiques tels H+ C+ CO CS CH+ O2+ O+ …
Concernant la chimie de ces deux planètes, j’ai fait un rapprochement avec celle de l’atmosphère d’Io satellite de Jupiter. L’atmosphère d’Io est constituée principalement de dioxyde de soufre (SO2) : il est symbolisé, autour des planètes b et c dans cette zone très proche de l’étoile, avec une bille orange pour le soufre et deux billes bleues pour l’oxygène.
Sous l’étoile vers la gauche est symbolisé le transit de TR-1b en pointillés jaunes et rouges, ainsi que celui de TR-1c juste à côté.
La planète TRAPPIST-1d toujours dans la partie sombre autour de l’étoile est représentée dans le bord supérieur à gauche et à droite, ainsi qu’en bas à droite sous l’étoile, avec son rayon terrestre noté : RE 0,77 (pour radius earth). Le transit est symbolisé en bas à droite de l’étoile.
Au delà de la bordure interne située à 0,024 UA et notée HZ 0,024 AU à gauche, partons donc dans la zone habitable tout autour de l’étoile et jusqu’à la bordure sombre en bas de l’oeuvre où figure la limite externe de la zone habitable, notée HZ 0,048 AU. La planète 1e notée Tr-1e est représentée à gauche et à droite de part et d’autre et sous l’étoile. Son rayon noté à côté de la représentation à droite, est de 0,91 rayon terrestre, noté 0,91 Re ; toujours à droite sous la planète est symbolisé son transit en pointillés jaunes et rouges.
Partons dans la zone habitable en haut à gauche : les photons stellaires cognent contre les ions O2+ (deux billes bleues) , H2O+ (deux billes rouges, une bille bleue), N2H+ (deux billes roses pour l’azote et une bille verte pour l’hydrogène ionisé), nous croisons plus bas différents ions et molécules : HCO+, CO+,H2O car nous sommes dans la zone habitable, H+, CO…etc…
Nous croisons de la poussière, des ions, de petits grains, de petits cailloux, de petits astéroïdes…
Tout en haut à gauche au bord de l’oeuvre est représentée la planète Tr-1f en une boule sombre ourlée d’ocre rose sur la bordure face à l’étoile. L’atmosphère de la planète est symbolisée en ocre/marron, soufflée vers l’extérieur avec les ions H+,CO+, et l’atome H. Redescendons vers la droite, après avoir croisé TRAPPIST-1e, nous observons les phtons stellaires en jaune et rose qui « cognent » contre les ions O2+ et N2H+ (azote en rose, hydrogène ionisé en vert) ainsi que contre l’ion CH+. Continuons vers la droite sous l’étoile, dans la zone habitable : apparaît CO, H2O (un électron va être arraché), O3, ce que l’on peut supposer de la chimie et des éléments soufflés par le puissant rayonnement stellaire. Les électrons continuent à s’échapper en petites billes bleues. Nous croisons les ions H2+ et le carbone C+ ionisé, nous sommes un peu plus bas devant TRAPPIST-1g (TR-1g) : elle est entourée de H2+, H2O, CO, O2+, peut être les éléments d’une atmosphère ?
Nous remontons lentement à droite, juste sous l’étoile, nous croisons TRAPPIST-1f (notée TR-1f) : elle aussi ourlée de rose, nous montre son atmosphère en ocre clair, soufflée vers l’extérieur, parsemée d’ions H+, C+, H2+.
Nous continuons sur la droite entre le ballet des électrons : nous croisons l’ion OH+ ionisé par le photon rose, plus à droite les photons jaunes et roses ionisent H2O+, puis juste dessous N2H+, encore un peu plus bas HCO+.
Tournons en remontant à droite : nous sommes à côté de TRAPPIST-1e (notée TR-1e) entourée par CO et H2O ; plus bas apparaît l’ion O3+ et plus à droite un photon rose frappe CH5+,qui avec un électron va se combiner en CH4 + H.
On remonte à droite au dessus de TR-1e, les photons stellaires frappent CH+, C+ et plus vers l’extérieur N2H+ et HCO+. A droite toujours en remontant nous croisons CH+,O2+ et la molécule CH4, un peu plus haut le rayonnement stellaire frappe H2O, l’ion O2+ et l’ion CH+, encore plus haut on aperçoit les ions O+, le CO et à nouveau CH4. Tout en haut C+, H+ et CH+ sont eux aussi frappés par le rayonnement stellaire. Juste au dessus la planète TR-af en une petite boule marron continue sa ronde qui va la conduire à l’arrière de l’étoile, on aperçoit son atmosphère en marron clair, soufflée vers l’extérieur. En se rapprochant de l’étoile on aperçoit tout en haut la planète TR-1d en une petite boule ocre marron clair.
Nous retournons complètement à gauche toujours dans la zone habitable en nous éloignant de l’étoile. Nous sommes devant TRAPPIST-1g (notée TR-1g) représentée en une boule sombre, avec la face éclairée par l’étoile en colori vert, elle aussi est entourée de CO, H2O, H2. Tournons sur la droite lentement en redescendant : H2O+ et OH+ juste sous la planète sont ionisés parles photons roses ; plus à droite C+ et H2O vont donner HCO+ et H, puis nous croisons H2O, nous arrivons devant d’autres photons stellaires qui ionisent CH+, C+ et H2O+, nous continuons à droite, toujours dans la zone habitable.
En bas et au milieu en nous éloignant de l’étoile, les photons stellaires ionisent H2O+ et O3+. Sous la planète TR-1f apparaissent les ions H+, le CO et CH4 le méthane, suivi de CO+ et H2+, tournons lentement vers la droite sous le rayonnement stellaire qui ionise N2H+ (sous le photon rose) et HCO+ (sous le photon jaune). Apparaît alors la réaction CO+ + H qui va donner CO + H+ et juste dessous la réaction OH+ + H2 qui va à son tour donner H2O+ + H. Nous remontons sur la droite, nous croisons CH2+, à côté CH3 et CH4, C+ juste dessous. Les photons stellaires ionisent OH+, CO+ et H2+, à droite O2+, puis CO+ et OH+ tout à droite ionisés par d’autres photons. Remontons complètement à droite où nous croisons les ions H2O+, O2+ et CO+ et nous arrivons à nouveau devant la planète TR-1g en une boule sombre avec sa face éclairée en vert par l’étoile. Nous la contournons, autour d’elle tournent CO, H2O, H+, les éléments de la vie. Plus haut nous traversons CH+, H2O+, O2+, CO2, CH2+, nous sommes tout en haut, sur le bord droit de l’oeuvre.
Nous traversons à nouveau en haut vers la gauche en passant à l’arrière de l’étoile, nous croisons les deux planètes Tr-1d et Tr-1e, redescendons dans la zone habitable notée HZ à droite et à gauche en haut de l’oeuvre : nous arrivons maintenant tout en bas de l’oeuvre toujours à gauche, nous sommes dans la partie sombre située au delà de la zone habitable notée HZ 0,0048 UA.
Evolution et habitabilité des systèmes planétaires autour d’étoiles de faible masse et de naines brunes par Emeline Bolmont :
Tout en bas à gauche et à droite est représentée la planète Tr-1h en boule sombre ourlée de rose. Elle se situe hors de la zone habitable dont le bord externe est délimité sur l’oeuvre à 0,048 UA. En bas de l’oeuvre sont représentés des nuages de CO2 en colori bleu, les températures à cette distance de l’étoile doivent avoisiner les -100 °C.
Je reviens au travail de thèse d’Emeline Bolmont :
Le bord externe de la zone habitable est déterminé en simulant une planète avec une forte quantité de dioxyde de carbone afin de permettre la présence d’eau à sa surface. Mais si la planète est trop loin de son étoile, le CO2 ne peut plus réchauffer sa surface car il se condense et forme des nuages.
Page 152 : les nuages de CO2 ont pour effet d’augmenter l’albedo de la planète et ainsi de refroidir la surface. La distance étoile-planète, pour laquellle l’ajout de CO2 aboutit à la création de nuages de CO2, définit donc la limite externe de la zone habitable.
Tout en bas de l’oeuvre, à côté et au delà de la planète Tr-1h, sont donc symbolisés en colori bleu les nuages de CO2 ainsi que différents ions comme C+, O+ et la molécule CO. Les photons stellaires poursuivent leur route tout en bas, ils cognent contre H2O+, CO+ (sous la planète Tr-1g), au milieu ils rencontrent C+ et H+ toujours en bas de l’oeuvre, et plus à droite ils ionisent CO+, OH+ et H2O+ tout en bas au bord de l’oeuvre.
En bas de l’oeuvre, figurent également trois représentations des observations photométriques de transits : dans la partie gauche est symbolisé le transit de Tr-1g, en ligne avec des petits points jaunes et rouges juste sous la planète ; plus à droite c’est le transit Tr-1f correspondant à celui de la planète 1f représentée plus haut sous l’étoile, qui est lui aussi symbolisé en ligne avec des petits points jaunes et rouges et noté « transit Tr-1f».
Nous voici au terme de ce premier voyage autour de l’étoile TRAPPIST-1, nous avons traversé son disque de poussières, voyagé dans la Zone Habitable, découvert les sept petites planètes rocheuses proches de l’étoile et représentées à plusieurs reprises sur l’oeuvre, nous avons imaginé le rayonnement stellaire et ses multiples interactions avec les ions et molécules ; l’année prochaine sera lancé le télescope spatial JWST, il sera cent fois plus puissant que Hubble et il nous conduira à nouveau autour de cette étoile où nous attendent de futures découvertes : peut-être d’autres planètes non encore détectées et plus éloignées de l’étoile ? Nous en saurons plus également sur la chimie et la composition des atmosphères planétaires. Il nous faut juste un peu de patience…