Une exoplanète est une planète située en dehors du système solaire. Dès le XVIème siècle, après la révolution copernicienne, leur existence est évoquée, en particulier par Giordano Bruno. Mais il faut attendre le XIXème siècle pour qu’elles deviennent un sujet de recherche scientifique. Il n’existe toutefois à cette date aucun moyen technique pour les détecter : elles sont trop éloignées, et trop petites.
Vue d’artiste de CoRoT-1 b transitant devant son étoile – Wikipedia
La détection des exoplanètes
Il faut attendre 1995 pour la première détection, en France, à l’Observatoire de Haute-Provence. Une exoplanète d’une masse égale à la moitié de celle de Jupiter est découverte en orbite autour de Pegasi 51, à 50 a.l. de la Terre.
La première photographie directe d’une exoplanète aura lieu en 2004 au Very Large Telescope (VLT) au Chili. Il y a aujourd’hui près de 4000 exoplanètes découvertes tandis que les astronomes pensent qu’il existe au moins 100 milliards d’exoplanètes dans notre galaxie.
L’une des méthodes utilisées pour détecter les exoplanètes consiste à observer le transit d’une exoplanète devant son étoile. On peut alors mesurer la baisse de luminosité de l’étoile durant cette période. Grace à cette courbe de lumière, il est possible de déduire la masse et la densité de l’exoplanète.
Cette méthode a été utilisée par les satellites chasseurs d’exoplanètes comme Kepler ou CoRoT, et a permis de découvrir près de ¾ des exoplanètes connues à ce jour.
Méthode du transit planétaire – Wikipédia
L’exoplanète CoRoT-1b
Vue d’artiste de CoRoT – ESA
CoRoT (pour COnvection, ROtation et Transits planétaires) est un télescope spatial dédié à l’étude interne des étoiles et à la détection d’exoplanètes, dont la mission (conçue et dirigée majoritairement par les équipes françaises du CNES) s’est déroulée entre 2006 et 2014.
CoRoT-1 b est la première planète extrasolaire détectée par la mission CoRoT par la méthode du transit planétaire. La découverte fut annoncée le 3 mai 2007 et a été ensuite confirmée par le VLT la même année.
Cette planète est située à 1500 années-lumière dans la constellation de la Licorne. Son rayon est estimé entre 1,5 et 1,8 fois celui de Jupiter pour une masse à peu près identique.
Elle est située à environ 3,8 millions de kilomètre de son étoile, soit seulement 2,5% de la distance entre le soleil et la terre. Elle fait le tour de son étoile en 1 jour et demi, en rotation synchrone (elle montre toujours la même face à son étoile, comme la lune nous montre toujours la même face).
C’est ce que l’on appelle un « Jupiter chaud ».
Préparation
Nous sommes le lundi 11 février au soir. D’après l’ETD, l’Exoplanet Transit Database, CoRoT-1 b transite ce soir devant son étoile. Ce transit commence à 20h40 (UTC) et finit a 22h59 (UTC). Il faut rajouter une heure pour obtenir l’heure local de notre observatoire en Espagne (GMT +1). Étant donné qu’il faut rajouter une heure avant et une heure après pour les mesures, nous avons donc une période d’observation de 20h40 (GMT+1) à 00h59 (GMT+1).
L’étoile CoRoT-1 a une magnitude de 13,6 (mesure de la luminosité des étoiles. C’est une échelle logarithmique. Véga de la Lyre est à 0,03, la limite visible à l’œil nu est de 6 par un ciel parfait, et la limite de détection du télescope spatial Hubble est de 31). Son transit est donc mesurable par notre lunette (Takahashi TSA 120mm).
Durant le transit, l’étoile restera à une altitude supérieure à 46° ce qui permettra d’éviter la turbulence atmosphérique aux basses altitudes, qui perturbe les mesures. Seul point d’attention : l’étoile passera au méridien durant le transit, il y aura donc un retournement de monture (inversement de la lunette et des contrepoids sur la monture) à faire (automatique, mais il manquera quelques données pendant cette période).
Prediction de transit de CoRoT-1b – ETD
Localisation de CoRoT-1 – Sky & Telescope
Acquisition des mesures
Acquisition des images sous SGP
Autoguidage sous PHD
Pour une première mesure de transit, je commence avec des réglages simples : 60s de pose en bin1, à travers le filtre Luminance. J’allume le setup et pointe vers l’étoile. Une première image me permet de trouver CoRoT-1 et de vérifier que son signal n’est pas saturé (notre caméra la QHY163M n’est que 12bits) pour confirmer le temps de pose choisi. Je lance ensuite le processus d’acquisition quasi-automatisé (pointage par astrométrie, autoguidage, et prise de vue en continue). Il ne me reste plus qu’à suivre d’un œil distant les images qui arrivent une par une jusqu’à 1h du matin.
Localisation de CoRoT-1 b d’après l’ETD et identification de CoRoT-1b sur images acquises.
Analyse des mesures
Sur les 211 images réalisées, 197 sont de qualité suffisante et utilisables. Je fais un pré-traitement rapide de ces images (suppression des darks, offsets et flats) pour corriger le bruit induit par le capteur et le vignetage dû à l’optique, ainsi qu’un alignement de ces images.
Un empilement et traitement rapides (déconvolution, traitement du bruit, retrait du gradient, transformation de l’histogramme et amélioration de la netteté) donnent une meilleure vue du champ d’étoile, et permettent de réaliser de l’astrométrie.
Traitement rapide de l’image du champs d’étoile
Astrometrie sur l’image obtenue
On découvre l’amas ouvert d’étoile NGC2286, situé à 950 a.l. et composé d’environ 100 étoiles liées gravitationnellement. On aperçoit aussi une galaxie, PGC76120, sur laquelle je n’ai rien trouvé d’intéressant à raconter.
Pour réaliser la courbe de lumière et mettre en évidence le transit planétaire, il faut comparer la variation de la luminosité de l’étoile CoRoT-1 à celle d’étoile de magnitude équivalente dans le même champs d’étoile, durant toute la durée du transit.
Mesure de luminosité de CoRoT-1b et d’étoiles de comparaison sur chacune des images
Courbe de lumière représentant les variation de magnitude calculée de l’étoile CoRoT-1 par rapport aux étoiles de reference pendant l’intervalle de mesure. On voit bien le manque de mesure pendant le retournement au méridien.
Courbe de lumière calculée par l’ETD à partir des mesures précédentes
Prédiction de l’ETD pour le transit du 11 février
Résultat des mesures: début, fin, durée et profondeur du transit
Comparaison entre les valeurs mesurées et les valeurs théoriques:
- (1) Profondeur du transit: Mesuré 0,0240 mag vs Théorique 0,0247 mag, soit une erreur de 2,8%
- (2) Durée du transit: Mesuré 151.2 min vs Théorique 139 min, soit une erreur de 8,8%.
Conclusion
En conclusion je pense que la mesure de la durée du transit pourrait être améliorée, surement en augmentant le nombre de mesures, ce qui pourrait se faire en réduisant le temps de pose de 60s a 30s voir 20s. Idem, la lune était présente durant toute la séquence ce qui a limité la qualité des prises de vue. Voila des pistes pour améliorer cette mesure lors d’un prochain transit. Heureusement, ils sont fréquents pour CoRoT-1b !