En
1999, HD209458b a été la première
exoplanète découverte par cette méthode(HD en hommage à l'astronome
Henry Draper alors qu'il n'a pas réalisé ce
catalogue d'étoiles!).
Quand une planète passe devant son étoile, il se
produit
un transit dit primaire au cours duquel la luminosité de
l’étoile va diminuer : cette baisse est
de
l’ordre de quelques pourcents et est mesurable par
photométrie. Par exemple, un observateur à 10 pc
verrait
une diminution de la luminosité du Soleil de 2% lors
d’un
transit de Jupiter.
On peut déduire d'une courbe de lumière les
caractéristiques suivantes :
La durée d'un transit dépend de la
période de
révolution de la planète et de la latitude du
transit.
w est l'intervalle de temps entre les deux premiers contacts.
On a la relation suivante :
où L est
la luminosité de l’étoile, ΔL
sa baisse de luminosité, R
son rayon (connu) et Rp
le rayon de la planète.
La latitude k du
transit par rapport à l'équateur de
l’étoile est donnée par :
relation
(1)
avec P la période de révolution et a la distance
étoile-planète.
T est
mesurée à
partir de la courbe de lumière. On déduit P de la
périodicité de la courbe ce qui permet d'avoir a
par la
relation
(la masse de la
planète est négligée). La relation
(1) nous donne k.
Cette
méthode nous donne donc le rayon de la planète
mais pas
sa masse. Mais connaissant i, des mesures complémentaires de
vélocimétrie nous renseignent sur la masse exacte
de la
planète. Par exemple, HD209458b a une masse de 0,69 Mj et un
rayon de 1,5 Rj (Rj = rayon de Jupiter = 71400 km),
d’où
une densité très faible (0,3 g/cm³).
Les limites de cette méthode sont :
- il faut que la planète
passe devant
son étoile (la probabilité d'un transit est
égale
à R/a)! Dans le système solaire, il faut parfois
attendre
plus d'un siècle pour observer le passage de
Vénus devant
le Soleil, alors que la Terre est dans le plan de
l'écliptique.
On estime à 1% le nombre d’étoiles
abritant des
« Jupiter chauds » et parmi
elles, 10% seulement
ont une inclinaison permettant l’observation de transits. La
rareté de l'événement est
généralement compensé par la
distribution
statistique d'une observation sur des millers d'étoiles.
- l’étoile doit être proche et non
variable.
- la précision des mesures au sol est limitée par
les
perturbations atmosphériques. Il faut mesurer
précisément (précision ≤ 1%) le
flux de
l'étoile sur une longue période de temps.
En observant les
transits avec
des instruments très précis, il est
également
possible de détecter certains éléments
présents dans l'atmosphère des
planètes. Il a
ainsi été possible d'identifier des traces
d'hydrogène et de sodium dans l'atmosphère de la
planète HD209458b.
Il existe un autre
type de
transit, le transit secondaire qui se produit lorsque la
planète
passe derrière son étoile. On peut alors
détecter
les photons provenant de l’hémisphère
éclairé de la planète. Lors du
transit, le flux
lumineux de l’étoile sera plus important et la
comparaison
avec le flux lumineux que nous envoie l’étoile
quand il
n’y a pas transit permet de déceler une
planète. La
première détection a été
faite avec le
télescope spatial Hubble en 2003 autour de
l’étoile
HD209458.
Seulement une
douzaine
d’exoplanètes ont été
découvertes par
des professionnels, toutes situées dans un rayon de 5000 al
autour du Soleil. Deux d'entre elles, HD209458b et TrES-1
(Trans-Atlantic Exoplanet Survey) ont été
détectées par des amateurs après leur
découverte. Pour cette dernière, l'auteur a
utilisé la technique de la photométrie
d'ensemble :
en ayant recours à 7 étoiles de
référence,
il a pu atteindre une précision sur la magnitude de 0,03%.
Cette
méthode peut
permettre la détection d'exo Terres mais la
précision
requise (~0,0001) rend impossible les observations au sol. C'est
l'objectif de deux satellites : Corot et Kepler.
Le 26 décembre 2006, le satellite Corot (Convection,
rotation et
transits planétaires) du Cnes (Centre national
d’études spatiales) a été
lancé avec
succès depuis la base de Baïkonour par un lanceur
Soyouz.
Une partie de sa mission consistera à observer des transits
autour de 12000 étoiles : il pourra
détecter au
mieux des planètes de rayon égal à 1,5
fois le
rayon terrestre.
Il sera suivi du satellite Kepler de la NASA dont le lancement est
prévu pour octobre 2008. Plus puissant que Corot (son
télescope mesure 95 cm de diamètre contre 27 cm
pour
Corot), il pourrait trouver des planètes de la taille de la
Terre autour d’étoiles proches.
Le projet Eddington
est
étudié depuis mars 2000. En transposant la
technique du
satellite qui observe le Soleil, SOHO, dont la stabilité est
meilleure que le milliarcsec, le principe consistera à
mesurer
les changements de luminosité d'une étoile. Une
planète comme la Terre la diminue de
1/10000ème lorsqu'elle passe devant. Les
scientifiques
pensent pouvoir atteindre une précision meilleure que le
millionième et ainsi déceler des
planètes plus
petites que la Terre. Si le projet est accepté par l'ESA,
Eddington sera opérationnel au point Lagrange L2
(à 1
million de km de la Terre), endroit où l'attraction
gravitationnelle du Soleil et de la Terre se compense.
