Exoplanètes
Les exoplanètes sont des planètes en orbite autour d'autres étoiles. Dès que les idées ont surgi que les étoiles du ciel nocturne sont des soleils lointains, ils ont commencé à parler de la possibilité de l'existence de planètes autour d'eux et de la vie sur ces corps. Mais c'est une chose à raisonner et une autre à découvrir. Comme les planètes sont beaucoup plus légères que les étoiles et émettent moins de lumière, leur ouverture est très, très difficile. Malgré les tentatives individuelles, le succès n'est venu qu'à la fin du 20e siècle.À la fin des années 80, plusieurs techniques d'observation avaient atteint la précision requise et, au début des années 90, des exoplanètes ont commencé à être découvertes. Maintenant, plusieurs milliers de planètes sont connues et leur nombre augmente. Il s'est avéré que d'autres systèmes planétaires et leurs membres peuvent différer considérablement de ce que nous voyons dans notre système. Un abîme s'est ouvert, l'exoplanète est pleine. Et maintenant, nous devons comprendre comment tous ces objets sont disposés, comment ils se sont formés, comment ils évolueront. À ce sujet, peut-être, le domaine le plus «vivant» de l'astrophysique de notre cours.Conférence n ° 1: Comment les exoplanètes sont-elles enregistrées?
Dès que les gens ont commencé à deviner que les étoiles sont des soleils lointains, une idée naturelle est venue: une fois que les planètes tournent autour de notre Soleil, il doit y avoir aussi des planètes autour d'autres étoiles. Ce sont maintenant ces planètes que nous appelons les exoplanètes - planète extra-solaire (planètes extra-solaires). Et en principe, les gens ont commencé à penser il y a longtemps comment ouvrir des planètes pour d'autres étoiles. C'est difficile pour deux raisons: premièrement, la planète elle-même est petite, elle brille très mal et uniquement avec la lumière réfléchie, il est difficile de la remarquer, elle est encore plus difficile à remarquer, car elle est à côté d'une étoile très brillante. Il arrive souvent que nous puissions voir l'exoplanète elle-même si elle avait exactement le même éclat dans un endroit vide, mais la lumière vive d'une étoile très proche nous empêche de le faire.La question de savoir quelle exoplanète a été découverte pour la première fois est assez complexe. Il n'y a tout simplement pas de réponse claire à cela. D'une part, nous pouvons dire que la première exoplanète autour d'une étoile, quelque peu similaire au Soleil, a été découverte en 1995 - une découverte fiable d'une exoplanète dans une étoile de type solaire. Cependant, en 1992, en utilisant une technique complètement différente, les gens ont découvert plusieurs exoplanètes, mais pas autour d'une étoile ordinaire, mais autour d'une étoile à neutrons - un pulsar radio. Quelqu'un croit qu'à partir de ce moment, vous pouvez compter l'histoire exoplanétaire, quelqu'un pense que ce sont toujours des animaux complètement différents, car l'étoile n'est pas comme le Soleil, et les planètes se sont probablement formées après l'explosion de la supernova de cette substance qui a été jetée par une supernova. Mais même l'histoire ne s'arrête pas là. En 1988, une déclaration d'un groupe d'astronomes est apparue quequ'ils ont peut-être découvert une exoplanète, mais la précision de l'observation n'était pas suffisante. Et seulement après environ 15 ans, cette découverte a été confirmée lorsque le nombre de planètes était déjà passé à plusieurs dizaines. Donc, d'une part, on peut dire qu'en 1988 la première exoplanète a été découverte, mais il n'y avait aucune certitude. Et l'histoire ne s'arrête pas là. En 1989, les gens ont annoncé qu'ils avaient vu avec une précision absolue un satellite de faible masse dans une étoile normale, semblable au Soleil. Mais la difficulté est que vous devez déterminer ce qu'est une planète. Il y a des planètes, il y a des étoiles, entre elles il y a un autre type d'objet appelé naines brunes - elles sont plus lourdes que les planètes, mais plus légères que les étoiles, il y a des réactions thermonucléaires, mais ce ne sont pas des réactions de la conversion de l'hydrogène en hélium, qui permettent aux étoiles normales de rayonner beaucoup d'énergie. Donc, nous ne savons toujours pasque l'objet découvert en 1989 soit une exoplanète très lourde ou une naine brune très claire. L'histoire est donc assez confuse. Étonnamment, dans les années 1980-1990, plusieurs méthodes ont simultanément permis la découverte d'exoplanètes. Coïncidence assez étonnante. Nous parlerons de ces différentes méthodes.La première exoplanète fiable d'une étoile comme le Soleil a été découverte de cette manière: généralement, si nous montons vers quelqu'un dans la rue et demandons: «Qu'est-ce qui tourne autour: la Terre autour du Soleil ou le Soleil autour de la Terre?», S'ils nous répondent: «La Terre autour du Soleil », Nous hochons la tête et s'ils disent:« Le soleil est autour de la Terre », nous pointerons nos doigts et rirons, mais nous pouvons tomber sur la réponse que les deux tournent autour d'un centre de masse commun. Et c'est vraiment la bonne réponse! Souvent, nous ne pensons pas au fait que la Terre nous attire, mais nous attirons la Terre avec exactement la même force. C'est juste que la Terre est très lourde, et quand nous sautons, nous déplaçons légèrement la Terre, mais si cela augmente votre estime de soi, alors, vraiment, en sautant, vous déplacez un peu la Terre. De même, la planète, tournant autour de l'étoile, fait bouger un peu l'étoile, et cela peut être remarqué.Les gens l'ont compris depuis longtemps. Que vouliez-vous regarder? Nous obtenons le spectre d'une étoile avec une très grande précision, nous voyons des raies spectrales, si l'étoile se déplace vers nous, alors toutes les raies se déplacent vers la région bleue du spectre, si de nous, puis vers le rouge. C'est dans le cas le plus simple quand il y a une étoile et qu'il y a une planète ou, si vous voulez, la plus lourde. Si vous regardez le système solaire à distance, alorsaffecte le Soleil plus que toutes les autres planètes. Nous verrions qu'avec la période de la révolution de Jupiter, le Soleil s'approche d'un observateur éloigné, puis s'éloigne, et par la stricte périodicité du processus, nous pourrions deviner qu'il s'agit vraiment d'une sorte de satellite invisible, et non, par exemple, de la pulsation du Soleil ou de quelque chose d'autre . Il a donc fallu apprendre à mesurer ces vitesses de façon très précise et, en plus, à le faire pendant longtemps. Quel est le problème avec le temps? Par exemple, vous avez une montre qui fonctionne très précisément. Disons qu'ils partent en moins d'une seconde par jour. Bon. Une année passe. Pouvez-vous, sans laisser tomber l'horloge - par exemple, vous êtes assis sur une île déserte et vous n'avez aucun moyen de communication - déterminer avec précision l'heure avec une précision d'une seconde? Il semblerait, disons, qu’ils soient derrière vous pendant une seconde. Une année s'est écoulée. Vous avez compté 365 secondes et pensez encoreque vous connaissez l'heure à la seconde. Ce n'est pas du tout vrai, car il peut y avoir une certaine hétérogénéité du cours. Ce n'est pas toujours exactement une seconde par jour. La même chose avec la mesure des spectres. Enfin, à la fin des années 1980, les gens ont appris comment résoudre ce problème en 1995, et c'est ainsi que la première exoplanète a été découverte. Ensuite, les gens ont mesuré des vitesses de l'ordre de 5 à 10 mètres par seconde. Selon les normes modernes, c'est beaucoup.Deuxième méthode
La deuxième façon de découvrir les exoplanètes. Imaginez qu'à un moment donné la planète passe exactement entre nous et l'étoile. À peu près la même chose que regarder le soleil, de temps en temps, nous voyons Vénus ou Mercure passer à travers le disque du Soleil. Que va-t-il se passer? Nous ne voyons pas la planète, nous ne voyons aucune tache sombre sur l'étoile, mais nous voyons que la luminosité de l'étoile a légèrement diminué. Le disque de l’étoile est brillant et la planète est sombre. Imaginez que nous observons une étoile et mesurons avec précision son éclat. Nous ne voyons pas le disque de l'étoile, nous ne voyons aucun détail, mais, en mesurant le brillant avec une grande précision, nous voyons que soudainement la luminosité baisse un peu. En effet, un peu - ça peut être un dix millième ou plusieurs dix millièmes. Si cela se produit périodiquement, alors la seule raison raisonnable est le passage de la planète à travers le disque d'une étoile. De telles planètes sont appelées planètes de transit, et le phénomène lui-même est appelé transit, et c'est un très bon moyen de découvrir des exoplanètes. La seule difficulté estdont vous avez besoin pour mesurer leur brillance pendant longtemps et très précisément. Et sur Terre, l'atmosphère commence à interférer avec nous. Par conséquent, ces observations sont généralement effectuées depuis l'espace. Un télescope qui se lance dans l'espace n'est peut-être même pas très grand. Il est important qu'il puisse mesurer la luminosité des étoiles avec une grande précision, car il n'interfère pas avec l'atmosphère. Ainsi, le satellite Kepler a déjà découvert de manière fiable près d'un millier d'exoplanètes. Il existe plusieurs milliers de candidats très fiables, dont 90% seront confirmés dans le temps. Maintenant, ce sont les deux principales façons de découvrir les exoplanètes, mais il y en a d'autres très intéressantes.parce que l'atmosphère ne le dérange pas. Ainsi, le satellite Kepler a déjà découvert de manière fiable près d'un millier d'exoplanètes. Il existe plusieurs milliers de candidats très fiables, dont 90% seront confirmés dans le temps. Maintenant, ce sont les deux principales façons de découvrir les exoplanètes, mais il y en a d'autres très intéressantes.parce que l'atmosphère ne le dérange pas. Ainsi, le satellite Kepler a déjà découvert de manière fiable près d'un millier d'exoplanètes. Il existe plusieurs milliers de candidats très fiables, dont 90% seront confirmés dans le temps. Maintenant, ce sont les deux principales façons de découvrir les exoplanètes, mais il y en a quelques-unes assez intéressantes.Troisième méthode
La troisième méthode est associée à un très beau phénomène comme la lentille gravitationnelle. Toutes les bonnes théories modernes de la gravité, y compris la théorie générale de la relativité, sont des théories géométriques de la gravité, où cet effet de lentille peut être particulièrement clairement expliqué. Les corps lourds déforment l'espace autour d'eux, et cela, représentant des trous noirs, est dessiné sous la forme d'un tel trou dans le plan sur lequel la grille rectangulaire est dessinée. La lumière, se déplaçant à travers un tel espace (nous imaginerons directement ce plan le long duquel la lumière se déplace), ressentira ce trou, elle déviera. Ainsi, tout corps lourd fonctionne efficacement comme un objectif de collecte, c'est-à-dire que si nous regardons une étoile éloignée, mesurons sa luminosité, tout corps massif vole entre nous et l'étoile, une autre étoile, une étoile à neutrons, un trou noir- tout ce que vous voulez, la brillance de l'étoile augmentera légèrement. Supposons qu'une autre étoile vole, nous voyons que la luminosité de l'étoile augmente, et tout à coup sur la courbe de lumière nous voyons un autre «pic» supplémentaire, il y a une deuxième petite lentille. De cette façon, des planètes ouvertes qui tournent autour des étoiles. Cette étoile, qui est une lentille, possédant une planète, donnera un "choix" supplémentaire. C'est un très bon moyen d'enregistrer des planètes, car de cette façon, vous pouvez enregistrer des planètes assez éloignées. Voyez quel est le problème: si nous mesurons des vitesses ou des transits, nous avons besoin de plusieurs tentatives pour nous assurer que l'effet est là, qu'il ne s'agit pas de pulsations aléatoires de l'étoile, pas d'une sorte de tache apparue sur l'étoile, comme les taches solaires, mais le processus est périodique. En regardant 5 ans, vous ne pouvez pas ouvrir la planète avec une période de circulation de 6 ans, mais,en observant l'événement en prolongeant, vous pouvez immédiatement découvrir une planète dont la période de révolution autour de l'étoile est de plusieurs années ou dizaines d'années, aussi longtemps que vous le souhaitez, car cette méthode n'est pas liée à la répétabilité, elle complète donc bien les deux premiers.La méthode suivante pour détecter les exoplanètes est associée à l'observation de tout processus périodique. Imaginez que vous ayez une montre, elle doit aller exactement, et vous voyez qu'elle s'égare périodiquement. S'il s'agit d'une montre mécanique, vous pouvez soupçonner qu'il y a quelque chose de superflu à l'intérieur, quelque chose interfère. Ils ont huilé l'horloge avec de l'huile et des miettes de pain y sont arrivées, et maintenant les engrenages ne tournent pas si bien ou vous avez des cafards qui empêchent périodiquement les engrenages de bouger. De la même manière, s'il y a un processus périodique dans le système stellaire, par exemple, il y a une étoile binaire (deux étoiles tournent l'une autour de l'autre), et une éclipse se produit, la luminosité change périodiquement. Cela doit être un processus par lots très strict. Nous observons et voyons que des échecs se produisent parfois. Comment expliquer ça? Une sorte de corps supplémentaire dans le système.Vous pouvez modéliser ce système et déterminer la masse de cet excès de corps interférant. S'il s'avère que c'est planétaire, alors vous avez découvert la planète. Et de cette façon, des planètes assez inhabituelles sont découvertes. Par exemple, il y a une telle planète, un pulsar, tourne autour d'elleune naine blanche , et une planète tourne autour de ce système, c'est-à-dire, selon l'observation d'un pulsar, qu'il était possible de comprendre qu'en plus de la naine blanche invisible, il y a un autre composant superflu - une planète qui tourne autour de ce beau couple.Cinquième méthode
La prochaine façon. Rappelez-vous le tout premier - le changement de vitesse. Ainsi, l'étoile se déplace autour d'un centre de masse commun. On voit directement ce mouvement. Si nous mesurons très précisément les coordonnées d'une étoile, imaginez une image d'une étoile et une croix qui mesure précisément sa position. Ils l'ont mesurée aujourd'hui, l'ont mesurée en six mois, et ont vu que l'étoile s'était déplacée. Ils l'ont mesuré dans encore six mois, et pourtant, et pourtant - ils ont vu que c'était un mouvement périodique. De cette façon, les gens ont découvert des satellites invisibles. Par exemple, la toute première naine blanche, un satellite de l'étoile la plus brillante du ciel nocturne de Sirius, a été découverte de cette façon. Nous avons vu que Sirius se déplace et a un compagnon invisible, mais le nain blanc est un objet lourd, il peut avoir une masse égale ou égale à la moitié de la masse du Soleil. Il est difficile de trouver une exoplanète de cette manière, mais en principe c'est possible. Au faitil y a des centaines d'années, les gens ont déclaré qu'ils voyaient le mouvement des étoiles vers les petits satellites correspondants, puis, malheureusement, il s'est avéré que cela était dû à des inexactitudes dans les observations, à des erreurs, mais au satellite de Guy, qui est spécialement conçu pour afin de mesurer très précisément la position d'un grand nombre d'étoiles. Il n'est pas destiné à rechercher des exoplanètes, mais il ne fait aucun doute que le sous-produit des travaux du satellite de Guy sera la découverte d'environ un millier d'exoplanètes.pour mesurer très précisément la position d'un grand nombre d'étoiles. Il n'est pas destiné à rechercher des exoplanètes, mais il ne fait aucun doute que le sous-produit des travaux du satellite de Guy sera la découverte d'environ un millier d'exoplanètes.pour mesurer très précisément la position d'un grand nombre d'étoiles. Il n'est pas destiné à rechercher des exoplanètes, mais il ne fait aucun doute que le sous-produit des travaux du satellite de Guy sera la découverte d'environ un millier d'exoplanètes.Enfin, nous sommes arrivés à la manière la plus compréhensible de découvrir des exoplanètes, alors que les médias écrivent avec une ligne journalistique moyenne - «les astronomes l'ont vu». En effet, dans certains cas, nous pouvons voir directement l'exoplanète, mais avant d'y arriver, il y a deux autres façons qui sont similaires à «voir». On ne peut pas voir directement, mais mettre en évidence la lumière de l'exoplanète. Souvent, les exoplanètes émettent beaucoup. Par exemple, une exoplanète peut être assez proche d'une étoile et chauffée à une température élevée, ou elle vient de se former et continue de rétrécir et elle a sa propre source d'énergie. Ensuite, en ayant un événement comme le transit, nous verrons que la luminosité totale du système change ou la planète aura des phases, telles que Vénus, et nous verrons que la luminosité totale de tout le système change.Ainsi, nous allons mettre en évidence l'excès de lumière et pouvoir l'attribuer à l'exoplanète invisible. Une manière similaire consiste à voir dans le spectre certains détails inhabituels pour les étoiles. Ils se déplaceront, apparaîtront, disparaîtront périodiquement, et nous aussi, nous pouvons les attribuer à l'exoplanète, et aussi mettre en évidence sa lumière.Et enfin, la dernière et la plus belle façon est d'obtenir des images directes. Il existe maintenant des dizaines de bonnes images directes d'exoplanètes, lorsque nous voyons vraiment ces objets et, dans de rares cas, nous voyons directement comment, comme nous l'observons, l'exoplanète se déplace sur son orbite.Ainsi, il existe plusieurs belles manières, à des degrés divers, fiables d'ouvrir des exoplanètes, qui dans l'ensemble se complètent parfaitement.Sergey Popov - Docteur en sciences physiques et mathématiques, chercheur principal, GAISH Moscow State University
Source: https://habr.com/ru/post/fr398201/
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