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Comment Kepler nous a ouvert les yeux sur l’immensité de notre quartier galactique

16 avril 2018 – Des milliers de minuscules piqûres de lumière remplissent un ciel sombre par une nuit sans nuages. Pendant des milliers d’années, les gens ont levé les yeux vers cette étendue mystérieuse remplie d’étoiles et se sont demandés ce qui – ou qui – est là. Est-ce que les mondes aiment notre propre orbite d’autres étoiles? La vie est-elle commune dans le cosmos? Ou sommes-nous seuls dans l’univers? Avec le lancement prévu d’un nouveau “chasseur de planètes” mécanique lundi, la NASA franchira une nouvelle étape pour répondre à ces questions anciennes. TESS – le satellite d’enquête sur les exoplanètes en transit – balayera presque tout le ciel au cours des deux prochaines années, identifiant des planètes en orbite autour d’étoiles (appelées exoplanètes) dans notre propre voisinage stellaire qui pourraient contenir des indices sur l’évolution des systèmes solaires. la vie. Mais TESS n’est pas le premier télescope en orbite à chercher des exoplanètes. Le télescope spatial Kepler de la NASA a ouvert la voie. Depuis son lancement en 2009, Kepler a découvert plus de 2 600 exoplanètes et comptage – près des trois quarts de toutes les exoplanètes connues. Ce flot de données, et les surprises qui s’y cachent, ont révolutionné la façon dont nous voyons les mondes étrangers et permettent aux scientifiques de répondre à certaines des questions les plus anciennes et les plus profondes des philosophes sur notre place dans l’univers. “Kepler nous a donné une vision réelle de ce qui existe”, explique Lisa Kaltenegger, directrice de l’Institut Carl Sagan de l’Université Cornell à Ithaca, N.Y., et membre de l’équipe scientifique de TESS. Et, dit-elle, “la nature semble faire des planètes partout où elle peut”. Les exoplanètes sont une découverte relativement nouvelle. Bien que les philosophes et les scientifiques avaient émis l’hypothèse qu’ils étaient là, ce n’est que dans les années 1990 que les astronomes ont confirmé les premières découvertes d’exoplanètes. Avant le lancement de Kepler, un peu plus de 300 exoplanètes avaient été détectées à l’aide de télescopes au sol, et chacune était une cause de célébration et de nombreuses publications scientifiques. Mais Kepler a tout changé. “Il est presque difficile de se rappeler combien peu nous savions en 2009 quand Kepler a lancé”, explique Jessie Dotson, astrophysicien au Ames Research Center de la NASA à Moffett Field, en Californie, et un scientifique de la mission Kepler. Depuis le sol, les scientifiques ont découvert principalement des exoplanètes géantes, que l’on pensait être comme Jupiter. Mais les données de Kepler ont confirmé les soupçons des scientifiques: il existe des systèmes comme le nôtre – et d’autres qui sont très différents. La vue d’un chasseur De par sa conception, Kepler est un chasseur de planètes. La mission a été planifiée afin que le télescope spatial puisse observer des centaines de milliers d’étoiles à la fois et déterminer à quel point les exoplanètes peuvent être communes. Pour ce faire, il devait adapter autant d’étoiles que possible. Alors Kepler a jeté son dévolu sur une lointaine étendue de ciel dans notre galaxie, recueillant des données sur la luminosité des étoiles. En utilisant ce qu’on appelle la «méthode de transit», les scientifiques examinent ces données à la recherche d’un creux dans la lumière des étoiles, suggérant qu’une planète peut passer entre son étoile et Kepler, bloquant momentanément une partie de la lumière. Kepler devait observer pendant au moins trois ans afin de détecter des planètes dans une orbite semblable à la Terre ou plus serrées au moins trois fois, pour éradiquer d’autres explications. Se concentrer sur une orbite tellurique permettrait à Kepler de découvrir des planètes capables d’accueillir la vie. C’est parce que toute la vie telle que nous la connaissons ( lire: la vie sur Terre ) nécessite de l’eau liquide. La distance de la Terre par rapport au Soleil ne fait pas trop chaud et pas trop froid pour que l’eau liquide soit stable sur la surface de la planète. Cela le place carrément dans un groupe autour du soleil dénommé la zone habitable ou la zone Goldilocks. Kepler a entrepris de déterminer si les exoplanètes sont abondantes dans notre galaxie, et elles le sont certainement. Les scientifiques disent maintenant qu’il y a plus de planètes que d’étoiles. “Nous nous attendions à cela”, explique Sara Seager, astrophysicienne au Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, Massachusetts, et directrice scientifique adjointe de la mission TESS. “Les étoiles naissent avec des disques de gaz et de poussière. Et comme ces lapins de poussière veulent se former dans votre salon, nous pensons que les planètes veulent se former à partir de ce matériau. ” Pourtant, le Dr Dotson dit: «Il y a une grande différence entre penser que quelque chose est possible et savoir que c’est vrai. Plus étrange que (science) fiction Les planètes les plus communes dans les données abondantes de Kepler étaient en réalité inconnues: des planètes entre la taille de la Terre et Neptune. Parfois décrites comme «super-terres» ou «mini-Neptunes», ces planètes n’ont pas d’analogue direct dans notre système solaire. Les scientifiques ont également constaté que les systèmes solaires comme le nôtre ne sont pas les plus communs. La plupart des systèmes planétaires se produisent autour des étoiles M-naines rougeâtres et sombres, et non des étoiles jaunâtres de type G comme notre soleil. Ces étoiles représentent près des trois quarts des étoiles de notre galaxie et sont la cible principale de la mission TESS. Et certaines découvertes de Kepler ont défié l’imagination. Les mystérieuses “mini Neptunes” ne sont pas les seules planètes étranges découvertes dans les données de Kepler. Les scientifiques ont trouvé des preuves de mondes de l’eau , Jupiters chauds , mondes de lave , et même exoplanètes circumbinaires , qui, comme la planète fictive Tatooine dans “Star Wars”, orbite deux étoiles. “La diversité des planètes est à couper le souffle”, explique le professeur Kaltenegger. “Si nous avions juste trouvé des planètes comme celles de notre système solaire, ça aurait été bien, mais ennuyeux.” Une autre exoplanète étonnante a été aperçue en orbite autour d’une naine blanche, les braises fumantes d’une étoile extrêmement ancienne près de la mort. Un examen plus attentif du système a révélé que la planète était écartée et attirée dans l’étoile mourante, illustrant une fin de l’évolution planétaire. Cette découverte a le potentiel de s’étendre là où et comment les astrobiologistes cherchent aussi des signes de vie. “Cela nous a dit que cela existe depuis longtemps, et nous ne devrions pas penser à des choses dans l’espace, nous devrions aussi y penser à temps”, explique Elisa Quintana, astrophysicienne au Goddard Space Flight Center de la NASA. Il a servi en tant que scientifique de mission Kepler pendant une décennie avant de rejoindre la mission TESS en tant que scientifique de soutien. “Peut-être que chaque système a une petite tranche de temps où il y a de la vie”, ajoute-t-elle. Kepler a fourni des données considérables pour que les astronomes commencent à rassembler des modèles d’évolution planétaire. Mais, «comme la plupart des grandes missions scientifiques», dit le professeur Seager, «cela a créé plus de questions que de réponses». Chasse à l’habitabilité Comme Kepler, TESS est avant tout une mission de recherche de planètes, mais le nouveau télescope spatial se concentrera sur l’identification des planètes susceptibles de contenir les réponses. Le satellite balayera presque tout le ciel à la recherche de planètes suffisamment proches (à moins de 300 années-lumière de la Terre) et assez brillant pour que des missions futures, comme le télescope spatial James Webb de la NASA, puissent enquêter. L’oeil de TESS sera en grande partie sur les étoiles M-naines (ces petites étoiles rougeâtres qui sont si abondantes, surtout dans notre coin de la galaxie). Comme l’a montré Kepler, ces étoiles pourraient héberger de nombreuses planètes semblables à la Terre dans cet endroit idéal pour l’eau liquide, ce qui ouvre de nouvelles questions dans la recherche de la vie extraterrestre. «Cela me fait repenser ce que l’on entend par habitabilité», dit Dotson. “Maintenant vous commencez à poser la question, l’eau liquide est-elle suffisante pour l’habitabilité?” Les données de Kepler ont poussé les scientifiques à penser aussi largement que possible, ne se limitant pas aux modèles que nous connaissons: notre planète et notre système solaire. “Nous avons ces quatre planètes terrestres, et ces quatre planètes géantes, et une étoile semblable au soleil”, dit le Dr Quintana. Mais Kepler a montré que notre système est loin d’être standard. “Et si en réalité la planète habitable la plus commune est une planète circumbinaire? Nous pourrions imaginer des gens sur ces planètes circumbinaires faisant des recherches pour la vie et ne considérant que des systèmes avec plusieurs étoiles. ” Entre Kepler, TESS et d’autres missions, les scientifiques accumulent un catalogue croissant d’exoplanètes pour les générations futures de scientifiques à étudier et à développer. Kepler a jeté les bases pour TESS et d’autres missions futures, et ce n’était pas facile. “Kepler a tout enfoui sur son chemin”, a déclaré Kaltenegger. Lorsque le chercheur principal, William Borucki, l’a proposé pour la première fois en 1992, la mission Kepler était considérée comme trop incertaine et risquée. Il lui a fallu cinq essais pour finalement l’obtenir approuvé en 2000. Et puis, après quatre années d’observation et de découvertes d’exoplanètes, la mission première s’est brusquement arrêtée en mai 2013 par une panne mécanique. Deux des quatre roues de réaction qui maintenaient l’orientation du télescope spatial se sont brisées, rendant Kepler inefficace en tant que chasseur de planète. Mais les scientifiques n’étaient pas encore prêts à en finir avec Kepler. La communauté scientifique a rapidement compris qu’ils pouvaient utiliser la pression du rayonnement solaire pour stabiliser le télescope de sorte que son champ de vision longe le plan orbital de la Terre, en regardant une nouvelle section du ciel tous les 83 jours. La NASA a approuvé la deuxième mission Kepler, baptisée K2, en 2014, et les découvertes d’exoplanètes ont recommencé à affluer. Maintenant, le télescope spatial fait face à une mort certaine: il est presque à court de carburant, et devrait s’épuiser dans les prochains mois. Mais cela ne signifiera pas la fin des nouvelles exoplanètes repérées par Kepler. Il faudra peut-être une dizaine d’années pour passer au crible le trésor des données des missions Kepler et K2, un processus qui mettra en lumière encore plus de découvertes d’exoplanètes. Au cours de ses deux vies, Kepler a fait plus qu’accumuler de grandes quantités de données scientifiques. Ces données ont également changé notre perspective de l’univers – et notre place dans celui-ci.

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En tant qu’étudiant diplômé dans les années 1990, Dotson, qui est maintenant le scientifique du projet K2, se souvient avoir regardé le ciel nocturne “et être juste époustouflé par toutes ces piqûres de lumière. J’appris comment ils travaillaient, et les échelles à quelle distance ils étaient tous, et tout ça. Et je me souviens d’avoir été ébloui par ça. Mais en même temps, il se sentait très, très seul, parce que c’est tellement vaste. ” «Quand je suis assez chanceuse pour regarder le ciel nocturne maintenant,» elle dit, «je suis époustouflé d’une perspective différente. Il ne se sent plus seul; il se sent maintenant comme tout un royaume de possibilités ont ouvert. “

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