Méthode de la vélocimétrie

La présence d’une planète autour d’une étoile la fait danser, ce qui change la couleur de l’étoile que les astronomes observent avec leurs télescopes.

En 1995, une équipe de chercheurs de l’observatoire de Genève formée de Michel Mayor et de Didier Queloz découvre la première exoplanète en orbite autour d’une étoile qui ressemble au Soleil. Ils utilisent la méthode de vélocimétrie pour trouver la planète 51 Pegasi b, et c’est cette découverte qui leur a mérité le prix Nobel de physique de 2019.

 

Représentation artistique de la planète 51 Pegasi b et de son étoile 51 Pegasi. Crédit : NASA/JPL-Caltech

 

Des étoiles et des planètes

On dit souvent qu’une planète tourne autour de son étoile, mais ce n’est pas tout à fait exact. Si la planète est attirée gravitationnellement par son étoile, l’étoile est aussi attirée par sa planète. La planète et l’étoile tournent donc toutes les deux autour d’un point que l’on nomme le centre de masse commun.

Regardez la vidéo ci-bas. On voit une petite planète qui tourne autour d’une grosse étoile. Cependant, si l’on regarde attentivement l’étoile, on voit que celle-ci bouge aussi! La gravité de la planète fait danser son étoile.

 

Crédit : NASA

Plus la planète est grosse, plus elle fait danser son étoile. Une planète comme Jupiter a ainsi un plus gros effet sur le Soleil qu’une planète comme la Terre.

Le mouvement est ici exagéré par rapport au mouvement réel. L’étoile n’a qu’un très petit mouvement qui est difficile de mesurer.

Comment faire pour détecter la présence de la planète?

Pour trouver la planète, on utilise l’effet Doppler. Christian Doppler est un physicien du 19e siècle, qui a découvert que les ondes, comme le son ou la lumière, changent de fréquence selon la vitesse de l’objet qui les émet.

C’est exactement ce qui se passe avec le son des ambulances! Pour une personne immobile sur le trottoir, l’onde sonore provenant de l’ambulance est comprimée et le son est alors plus aigu lorsque l’ambulance s’approche. Quand l’ambulance commence à s’éloigner, les ondes sonores sont étirées et le son devient plus grave. Écoutez la différence dans la vidéo!

 

La lumière d’une étoile se déplace aussi comme une onde, et cette onde peut être étirée ou comprimée selon le mouvement de l’étoile. C’est ce qu’on voit dans l’animation suivant. Quand l’étoile s’éloigne de nous, sa lumière sera étirée et décalée vers le rouge. Au contraire, quand l’étoile s’approche de nous, sa lumière sera comprimée et décalée vers le bleu. Ici, on voit la taille de l’étoile changer de façon exagérée pour montrer qu’elle s’approche et s’éloigne de nous. En fait, le mouvement de l’étoile est minuscule (voir la méthode de l’astrométrie).

 

Crédit : F. Baron

Ainsi, le mouvement de l’étoile fait que la lumière que l’on reçoit sur Terre est étirée puis comprimée, ce qui change la couleur de la lumière que l’on observe.

La méthode de la vélocimétrie à l’iREx

À l’iREx, plusieurs chercheurs et chercheuses utilisent cette méthode pour trouver de nouvelles planètes ou confirmer la présence de planètes trouvées par d’autres méthodes. Cette méthode est une des méthode de détection qui nous permet de mesurer la masse d’une exoplanète, une caractéristique très importante dans la recherche de planètes semblables à la Terre et la vie extraterrestre! L’instrument SPIRou, conçu en partie à l’iREx, utilise la méthode de la vélocimétrie pour étudier des exoplanètes.