Annonce de la découverte de deux exoplanètes de taille similaire à celle de la Terre : Kepler-20e et Kepler-20-f.
Découverte des premières planètes de la taille de la Terre
Les deux premières exoplanètes de la taille de la Terre trouvées par Kepler sont présentées ici en comparaison avec la Terre et Vénus. Kepler-20e a un diamètre de 6 900 miles, ce qui signifie qu’il est 0,87 fois la taille de la Terre et 0,92 fois la taille de Vénus. Kepler-20f a un diamètre de 8 200 miles, ce qui signifie qu’il n’est que 3% plus grand que la Terre. Ils font partie d’un système à cinq planètes en orbite autour de l’étoile Kepler-20. Tous les cinq s’inscriraient dans l’orbite de Mercure dans notre système solaire.
Kepler-20e est la plus petite planète trouvée à ce jour en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil. Il fait le tour de son étoile tous les 6,1 jours à une distance de 4,7 millions de miles. À cette distance, sa température devrait être d’environ 1 400 degrés F. Ceci est le rendu d’un artiste.
Kepler-20f orbite autour de son étoile tous les 19,6 jours à une distance de 10,3 millions de miles. Bien que sa température moyenne puisse atteindre 800 degrés F, il aurait pu conserver une atmosphère d’eau en se rapprochant de l’étoile après sa formation. Il s’agit d’un rendu d’artiste.
Le système planétaire Kepler-20 contient cinq planètes qui alternent en taille : grande, petite, grande, petite, grande (comme le montre le rendu de cet artiste). Tous les cinq gravitent autour de leur étoile plus près que la planète Mercure dans notre système solaire. Bien que trop chaudes pour être hospitalières à la vie, Kepler-20e et -20f sont les premières planètes de la taille de la Terre à être découvertes en orbite autour d’une étoile lointaine. Dans le rendu de cet artiste, les tailles planétaires sont à l’échelle mais leur espacement orbital ne l’est pas.
Le système Kepler-20 contient cinq planètes qui montrent un arrangement inattendu. Dans notre système solaire, de petits mondes rocheux orbitent près du Soleil et de grands mondes géants gazeux orbitent plus loin. En revanche, les planètes de Kepler-20 sont organisées en taille alternée : grosse, petite, grosse, petite, grosse. Tous les cinq s’inscriraient dans l’orbite de Mercure dans notre système solaire.
Kepler découvre des exoplanètes de la taille de la Terre
20 décembre 2011 : La mission Kepler de la NASA a découvert les premières planètes de la taille de la Terre en orbite autour d’une étoile semblable au soleil en dehors de notre système solaire. Les planètes, appelées Kepler-20e et Kepler-20f, sont trop proches de leur étoile pour être dans la zone dite habitable où de l’eau liquide pourrait exister à la surface d’une planète, mais ce sont les plus petites exoplanètes jamais confirmées autour d’une étoile comme la nôtre. Soleil. Cette découverte marque la prochaine étape importante dans la recherche ultime de planètes comme la Terre. On pense que les nouvelles planètes sont rocheuses. Kepler-20e est légèrement plus petit que Vénus, mesurant 0,87 fois le rayon de la Terre. Kepler-20f est un peu plus grand que la Terre, mesurant 1,03 fois son rayon. Les deux planètes résident dans un système à cinq planètes appelé Kepler-20, à environ 1 000 années-lumière dans la constellation de la Lyre.
Kepler-20e orbite autour de son étoile mère tous les 6,1 jours et Kepler-20f tous les 19,6 jours. Ces courtes périodes orbitales signifient des mondes très chauds et inhospitaliers. Kepler-20f, à 800 degrés Fahrenheit, est similaire à une journée moyenne sur la planète Mercure. La température de surface de Kepler-20e, à plus de 1 400 degrés Fahrenheit, ferait fondre le verre. « L’objectif principal de la mission Kepler est de trouver des planètes de la taille de la Terre dans la zone habitable », a déclaré François Fressin du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Mass., auteur principal d’une nouvelle étude publiée dans la revue Nature. « Cette découverte démontre pour la première fois que des planètes de la taille de la Terre existent autour d’autres étoiles, et que nous sommes capables de les détecter. »
Le système Kepler-20 comprend trois autres planètes plus grandes que la Terre mais plus petites que Neptune. Kepler-20b, la planète la plus proche, Kepler-20c, la troisième planète, et Kepler-20d, la cinquième planète, orbitent autour de leur étoile tous les 3,7, 10,9 et 77,6 jours. Les cinq planètes ont des orbites situées à peu près à l’intérieur de l’orbite de Mercure dans notre système solaire. L’étoile hôte appartient à la même classe de type G que notre soleil, bien qu’elle soit légèrement plus petite et plus froide. Le système a un arrangement inattendu. Dans notre système solaire, de petits mondes rocheux orbitent près du soleil et de grands mondes gazeux orbitent plus loin. En comparaison, les planètes de Kepler-20 sont organisées en taille alternée : grandes, petites, grandes, petites et grandes. « Les données de Kepler nous montrent que certains systèmes planétaires ont des arrangements de planètes très différents de ceux observés dans notre système solaire », a déclaré Jack Lissauer, planétologue et membre de l’équipe scientifique de Kepler au centre de recherche Ames de la NASA à Moffett Field, en Californie. « L’analyse des données de Kepler continuent de révéler de nouvelles informations sur la diversité des planètes et des systèmes planétaires au sein de notre galaxie. » Les scientifiques ne sont pas certains de la manière dont le système a évolué, mais ils ne pensent pas que les planètes se soient formées à leur emplacement actuel. 
Ils théorisent que les planètes se sont formées plus loin de leur étoile et ont ensuite migré vers l’intérieur, probablement par des interactions avec le disque de matière dont elles sont issues. Cela a permis aux mondes de maintenir leur espacement régulier malgré les tailles alternées. Le télescope spatial Kepler détecte les planètes et les planètes candidates en mesurant les baisses de luminosité de plus de 150 000 étoiles pour rechercher des planètes traversant ou transitant devant leurs étoiles. L’équipe scientifique de Kepler a besoin d’au moins trois transits pour vérifier un signal en tant que planète.
Le 5 décembre, l’équipe a annoncé la découverte de Kepler-22b dans la zone habitable de son étoile mère. Il est susceptible d’être trop grand pour avoir une surface rocheuse. Bien que Kepler-20e et Kepler-20f soient de la taille de la Terre, ils sont trop proches de leur étoile mère pour avoir de l’eau liquide à la surface. « Dans le jeu cosmique de cache-cache, trouver des planètes avec juste la bonne taille et juste la bonne température ne semble qu’une question de temps », a déclaré Natalie Batalha, chef adjoint de l’équipe scientifique de Kepler et professeur d’astronomie et de physique à l’université d’État de San Jose. « Nous sommes sur le bord de nos sièges sachant que les découvertes les plus attendues de Kepler sont encore à venir. »
Découverte de deux nouvelles exoplanètes de la taille de la Terre
À quelque 950 années-lumière, l’équipe trouve les plus petites exoplanètes jamais détectées.
À la recherche de mondes habitables, le télescope spatial Kepler de la NASA a dévoilé deux nouvelles planètes, à quelque 950 années-lumière, qui sont les plus petites jamais détectées et dont la taille est la plus proche de la Terre. Dans un article publié cette semaine dans Nature, des scientifiques du MIT et d’ailleurs rapportent que les planètes – l’une à peu près de la taille de la Terre et l’autre un peu plus petite – ont probablement des compositions rocheuses, similaires à la Terre, et orbitent autour d’une étoile un peu comme le soleil. Mais c’est là que s’arrêtent les similitudes.
Par rapport à l’orbite tranquille de 365 jours de la Terre, les nouvelles planètes tournent pratiquement autour de leur étoile en quelques jours ou semaines. Leurs circuits serrés, plus proches même que l’orbite de Mercure autour de notre soleil, rendent les planètes extrêmement chaudes – probablement trop chaudes pour soutenir la vie. Alors que l’une ou l’autre des planètes est loin d’être la jumelle de la Terre, les scientifiques disent que la découverte est une étape technologique. « Pour le télescope spatial Kepler, c’est extrêmement important, car cela prouve que nous pouvons atteindre la taille de la Terre », déclare la co-auteure Sara Seager, professeure Ellen Swallow Richards de sciences planétaires et professeure de physique au MIT. « C’est un énorme accomplissement de trouver quoi que ce soit comme ça. » Les nouvelles planètes, qui orbitent autour de l’étoile Kepler 20, font partie d’un système à cinq planètes et ont été nommées Kepler 20e et Kepler 20f. « Cela ouvrira, espérons-le, les vannes pour découvrir davantage de ces planètes de la taille de la Terre et de la taille de la Terre », déclare le co-auteur Leslie Rogers, étudiant diplômé en physique au MIT. « Ensuite, nous pourrons déterminer une sorte de contexte sur la fréquence des planètes habitables de la taille de la Terre. »
Lignes d’étoiles
Seager et Rogers ont travaillé avec une équipe internationale de chercheurs pour analyser et valider les données du télescope Kepler. L’instrument spatial surveille en permanence plus de 100 000 étoiles à la recherche de scintillements infinitésimaux qui pourraient être le signe d’une planète qui passe. Le télescope enregistre la lumière de chaque étoile au fil du temps, qui est traitée puis représentée sur un graphique sous la forme d’une ligne à peu près horizontale. Les scientifiques analysent ces signatures lumineuses pour les creux ou les changements d’intensité lumineuse, qui peuvent indiquer un «transit» ou une planète passant devant une étoile. Dans le cas de Kepler 20e et 20f, l’équipe s’est assuré que les creux observés étaient bien causés par des corps planétaires. Dirigés par François Fressin du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, les chercheurs ont présenté toutes les explications alternatives possibles, comme une « étoile binaire » – deux étoiles voisines mélangeant leur lumière. Fressin a ensuite modélisé à quoi ressemblerait le signal lumineux dans chacun de ces scénarios, en comparant chaque signal aux deux signaux observés par le télescope Kepler.
Le groupe a découvert que Kepler 20e, la plus petite planète, était 3 400 fois plus susceptible d’être une planète que tout autre scénario possible ; Kepler 20f était 1 370 fois plus susceptible d’être une planète. Ces chances, l’équipe a déterminé, étaient suffisamment grandes pour valider en toute confiance les objets en tant que planètes.
« Ces deux nouvelles planètes contribuent à repousser les limites des types de mondes qui existent, des types que les scientifiques n’avaient pas prédits ou même imaginés il y a seulement quelques années », déclare Ben Oppenheimer, conservateur associé et professeur d’astrophysique à l’American Museum of Natural History, qui ne faisait pas partie de cette étude. « Nous pouvons espérer qu’il existe des types de planètes similaires qui sont beaucoup plus proches et attendent que nous les étudions plus en détail. »
Brûlant
Dans le cadre de la contribution du MIT à l’article, Rogers et Seager ont exploré toutes les compositions possibles pour chaque planète. L’équipe a utilisé les signatures lumineuses du télescope Kepler pour d’abord calculer les rayons des planètes. Les scientifiques peuvent déterminer le rayon d’une planète en observant la profondeur du creux dans la signature lumineuse : plus le creux est profond, plus le rayon est grand. Ils peuvent également estimer la période orbitale d’une planète – le temps qu’il faut pour faire le tour de son étoile – en observant le nombre de creux sur une longue période de temps. Fressin avait précédemment calculé que Kepler 20e ne met que six jours pour orbiter, tandis que Kepler 20f orbite en 20 jours. 
Connaissant la taille approximative de chaque planète et sa proximité avec son étoile, l’équipe du MIT a ensuite calculé la température d’équilibre de la planète : la température dans la couche supérieure de son atmosphère. Ils ont découvert que Kepler 20e, la planète la plus petite et la plus proche, était à 1 400 degrés Fahrenheit intenses ; Kepler 20f était un 800 degrés moins torride. De telles températures rendent les océans liquides hautement improbables, selon Rogers. Cependant, Kepler 20f, étant un peu plus loin dans le système planétaire, pourrait potentiellement contenir une atmosphère de vapeur d’eau.
« S’il s’est initialement formé à partir d’un mélange de roche et de glace, puis a migré plus près de l’étoile, il aurait pu potentiellement retenir une partie de cette eau sur des échelles de temps de plusieurs giga-années », explique Rogers. « Il pourrait aussi avoir une composition rocheuse comme la Terre, mais nous n’en sommes pas sûrs. Il y a un éventail de possibilités. « Chaque indication pointe maintenant vers une énorme … population de ces planètes de la taille de la Terre à courte période », déclare Greg Laughlin, professeur adjoint d’astronomie et d’astrophysique à l’Université de Californie à Santa Cruz, qui n’a pas participé à l’étude. « Alors que Kepler poursuit ses observations, les astronomes auront également la capacité de détecter des planètes de la taille de la Terre sur des orbites véritablement semblables à la Terre, ce qui, bien sûr, est particulièrement excitant. »
Kepler découvre les premières exoplanètes de la taille de la Terre
Les chasseurs de planètes arrivent à un objectif important pour le télescope spatial de la NASA.
Le télescope Kepler de la NASA a atteint l’une des principales étapes de sa mission : trouver une planète de la taille de la Terre en dehors du système solaire. De plus, il l’a fait deux fois dans le même système stellaire. Tournant autour de l’étoile Kepler-20, à environ 290 parsecs (946 années-lumière) de la Terre, n’est pas seulement une planète de la taille de la Terre, mais aussi quelque chose d’un peu plus petit – une Vénus.
« C’est le début d’une époque », déclare François Fressin, astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts. Fressin est l’auteur principal d’un article décrivant la découverte qui est publié aujourd’hui dans Nature 1 . « Nous pourrons bientôt détecter ce genre de planètes autour d’autres étoiles et à d’autres distances », dit-il.
La plus petite exoplanète connue auparavant était une autre découverte de Kepler, qui a un rayon de 1,4 fois celui de la Terre. Kepler repère des planètes qui traversent la face de leurs étoiles hôtes et atténuent la lumière de l’étoile, mais il a du mal quand elles sont si petites. Les chercheurs doivent enregistrer de nombreux transits planétaires pour acquérir une confiance statistique dans leurs découvertes. « Il y avait une ligne de but et c’était une planète de la taille de la Terre », explique David Charbonneau, astronome également au Havard-Smithsonian Center et co-auteur de l’article. « Nous avons maintenant atteint cette ligne de but. »
Les deux planètes, qui orbitent beaucoup plus près de leur étoile que Mercure ne l’est du Soleil, sont loin d’être une zone habitable – il est donc difficile de fantasmer sur des océans chauds nourrissant les noyaux de la vie. La plus petite des deux planètes, surnommée Kepler-20 e, a à peu près la taille de Vénus, avec un rayon 0,87 fois celui de la Terre. Il orbite autour de son étoile tous les 6 jours terrestres et se trouve à une température de 1 040 Kelvin – assez chaude pour vaporiser n’importe quelle atmosphère et laisser un bloc solide de roche riche en silice et en fer. Kepler-20 f, la plus grande planète avec un rayon de 1,03 fois celui de la Terre, a une orbite de 20 jours. Du coup, c’est un peu moins brûlant, à 705 Kelvin. À cette température, dit Fressin, l’hydrogène et l’hélium ne survivraient pas dans l’atmosphère, mais un linceul de vapeur d’eau pourrait le faire.
On pense que les deux planètes sont verrouillées par la marée, faisant face à leur étoile sans tourner sur leurs axes, de sorte qu’un côté est constamment dans l’obscurité et l’autre constamment dans la lumière. Mais cela signifie que certaines parties de la planète sont dans un crépuscule perpétuel, et Fressin dit qu’il est possible que ces zones aient des températures plus propices à la vie. « Mais je ne veux pas les vendre comme habitables », dit-il.
La certitude grâce aux statistiques
La confirmation de la découverte des planètes était inhabituelle. En règle générale, les chercheurs qui tentent de confirmer les planètes candidates de Kepler poursuivent des observations de suivi avec des télescopes au sol qui sont sensibles à la masse de la planète et à l’oscillation que son attraction gravitationnelle provoque sur l’étoile mère. Mais ces planètes étaient si petites que leur attraction gravitationnelle n’a pas pu être confirmée en 12 heures d’observation sur l’un des télescopes jumeaux Keck de 10 mètres sur le Mauna Kea à Hawaï.
Au lieu de cela, l’équipe s’est tournée vers la justification statistique. Une partie de la certitude des chercheurs quant à la validité de leurs observations provenait du grand nombre de transits qu’ils ont observés, en raison de la courte période des orbites des planètes. De plus, les deux nouvelles planètes font partie d’un système qui en abrite trois autres (voir la vidéo) – et tout signal en transit qui se trouve dans le même plan orbital que les planètes reconnues est très peu susceptible d’être un faux positif. Enfin, l’équipe disposait d’une image haute résolution de l’étoile du télescope Hale de 5,1 mètres de l’observatoire Palomar en Californie, ce qui a permis d’exclure la possibilité qu’une étoile de fond affecte la luminosité de Kepler 20.
Charbonneau dit que les scientifiques voudront toujours calculer la masse de ces petites planètes pour calculer leurs densités. Pour cela, ils auront besoin d’instruments plus sensibles, comme le spectromètre à vitesse radiale HARPS-North, qui devrait voir la première lumière en avril 2012 au télescope national Galileo de 3,6 mètres à La Palma dans les îles Canaries.
Jonathan Fortney, astronome à l’Université de Californie à Santa Cruz, déclare que l’étude « montre que Kepler peut faire des choses qu’aucun autre télescope ne peut faire ». Il ajoute que les deux petites planètes sont « assez étranges », principalement parce qu’elles sont prises en sandwich entre trois planètes plus grandes dont la taille varie entre les super-Terres et les mini-Neptunes. Ceci est surprenant pour les modélisateurs, car la structure de notre système solaire suggère que les planètes gazeuses plus grandes sont généralement séparées des planètes rocheuses plus petites. Les planètes de différentes tailles « ne se mélangent pas dans le système solaire, mais apparemment dans ce système, elles le font », dit Charbonneau. « Ces sortes de chocs sont devenus la norme pour les exoplanètes. »
https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/20dec_earthsized
https://news.mit.edu/2011/two-new-planets-found-1221
https://www.nature.com/articles/nature.2011.9688
https://lweb.cfa.harvard.edu/imagelist/2011-34