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Comment trouver une exoplanète depuis chez soi : guide du débutant avec les vraies données TESS de la NASA

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La plupart des plus de 6 000 planètes connues en dehors de notre Système solaire n'ont jamais été vues directement. On les a découvertes en remarquant qu'une étoile faiblissait très légèrement, encore et encore, chaque fois qu'une planète passait devant elle. C'est la méthode des transits, et les données qu'elle utilise sont publiques. Avec un navigateur et un peu de patience, vous pouvez chercher des planètes dans les mêmes mesures que celles qu'utilisent les astronomes professionnels.

Ce guide explique pas à pas comment se déroule une chasse aux transits, avec les vraies étoiles de notre Chasseur de planètes.

D'où viennent les données : TESS, de la NASA

Le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, lancé en avril 2018, observe une bande de ciel de 24° sur 96° pendant environ 27 jours d'affilée (un « secteur »), puis passe à la suivante. Pour des centaines de milliers d'étoiles sélectionnées, il enregistre une mesure de luminosité toutes les deux minutes. Le résultat, pour chaque étoile, est une courbe de lumière : la luminosité en fonction du temps.

Toutes ces données sont rendues publiques via l'archive MAST de la NASA. TESS a signalé des milliers de planètes possibles, appelées TESS Objects of Interest (TOI), et des centaines ont été confirmées à ce jour. Bien d'autres signaux dorment dans les données, en attendant que quelqu'un les examine.

Quelle est la taille de la baisse due à une planète ?

Quand une planète passe devant son étoile, elle masque une fraction du disque stellaire égale au rapport de leurs surfaces, (rayon de la planète / rayon de l'étoile)². Cela donne une idée de ce que l'on cherche :

Les planètes du Chasseur de planètes couvrent toute cette gamme, depuis WASP-18 b, une géante dont la baisse atteint environ 1 % et revient toutes les 22,6 heures, jusqu'à Pi Mensae c, la première planète annoncée par TESS, dont le transit réduit l'éclat de son étoile brillante de moins de 0,03 %.

Étape 1 : trouver une baisse qui se répète

Les vraies courbes de lumière sont bruitées. Les étoiles scintillent, le satellite tremble et chaque mesure présente un peu de dispersion. Une baisse isolée ne prouve rien. Ce qu'il vous faut, c'est une baisse qui se répète, avec la même profondeur et la même durée à chaque fois.

Dans le Chasseur de planètes, vous marquez chaque baisse que vous voyez. Dès que vous en avez deux ou trois, les écarts entre elles doivent être des multiples entiers d'un même nombre : c'est la période orbitale de la planète. LHS 3844 b, une planète rocheuse qui tourne autour d'une naine rouge, fait le tour en seulement 11 heures : un seul secteur de 27 jours montre donc des dizaines de ses transits.

Étape 2 : replier la courbe de lumière

Une fois que vous avez une période, vous pouvez découper la courbe de lumière en morceaux d'une période chacun et les empiler les uns sur les autres. C'est ce qu'on appelle le repliement en phase. Si la période est juste, tous les transits s'alignent, et une baisse faible noyée dans le bruit ressort soudain nettement. Si la période est fausse, les baisses s'étalent. C'est grâce au repliement que les astronomes trouvent des planètes bien trop discrètes pour être vues à l'œil dans les données brutes.

Étape 3 : lire la planète dans la baisse

Le transit replié en dit long :

Étape 4 : vérifier qu'il ne s'agit pas de deux étoiles

L'imposteur le plus courant est une binaire à éclipses : deux étoiles qui tournent l'une autour de l'autre et se masquent tour à tour. Signes d'alerte :

Les binaires à éclipses ne sont pourtant pas toujours une mauvaise nouvelle. En 2020, un stagiaire de la NASA âgé de 17 ans, Wolf Cukier, examinait des données de Planet Hunters TESS justement à la recherche de ce genre de binaire, le couple TOI-1338, quand il a remarqué une baisse supplémentaire qui ne collait pas. Il s'agissait de TOI-1338 b, une planète environ 6,9 fois plus grande que la Terre qui tourne autour des deux étoiles. Vous pouvez étudier le même système dans le Chasseur de planètes.

Étape 5 : est-elle déjà connue ?

Avant de crier victoire, vérifiez si l'étoile possède déjà un TOI ou une planète confirmée. Le Chasseur de planètes le fait pour vous en comparant votre période aux catalogues de la NASA. Si elle ne correspond à rien de connu, vous avez peut-être repéré un véritable nouveau candidat. Les bénévoles du projet Planet Hunters TESS (sur Zooniverse) ont trouvé de nombreux candidats de ce genre, et certains ont été confirmés comme planètes.

Essayez une vraie recherche

Les dix étoiles d'entraînement du Chasseur de planètes sont des systèmes connus : vous pouvez donc vérifier vos réponses. Quand vous êtes prêt, le mode Vraie recherche charge les courbes de lumière du secteur TESS le plus récent, directement depuis l'archive de la NASA. La plupart de ses signaux n'ont encore été examinés par personne.

Ouvrez le Chasseur de planètes, commencez par WASP-18 b et voyez quelle est la plus petite baisse que vous parvenez à trouver.

Questions fréquentes

Les amateurs peuvent-ils vraiment découvrir des exoplanètes ? Oui. Les données de TESS et de Kepler sont publiques, et des bénévoles de projets comme Planet Hunters TESS ont trouvé des candidates planètes que des astronomes professionnels ont ensuite confirmées, dont la planète circumbinaire TOI-1338 b.

Qu'est-ce qu'une courbe de lumière ? Un graphique de la luminosité d'une étoile au fil du temps. Une planète qui passe devant l'étoile y apparaît comme une petite baisse qui se répète.

Quelle est la plus petite planète que TESS peut trouver ? TESS a trouvé des planètes plus petites que la Terre, surtout autour de petites naines rouges proches, devant lesquelles une planète de la taille de la Terre masque une plus grande part de la lumière de l'étoile.

Pourquoi la plupart des planètes en transit ont-elles des orbites courtes ? Parce qu'une planète doit passer devant son étoile au moins deux fois, et de préférence davantage, pendant les quelques semaines où TESS observe une région du ciel. Les planètes proches de leur étoile transitent souvent ; une planète dont l'orbite dure un an ne montrerait en général qu'une baisse au maximum.

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Sources

Les profondeurs de transit valent (rayon de la planète / rayon de l'étoile)², avec 6 371 km pour la Terre, 69 911 km pour Jupiter et 695 700 km pour le Soleil. Les périodes et profondeurs des étoiles du Chasseur de planètes sont les valeurs mesurées dans leurs courbes de lumière TESS.