CHEOPS trouve un système planétaire unique – Technoguide

Des notes de musique qui semblent agréables ensemble peuvent former une harmonie. Ces notes sont généralement dans une relation particulière les unes avec les autres: lorsqu’elles sont exprimées en fréquences, leurs rapports se traduisent par des fractions simples, telles que quatre tiers ou trois moitiés. De même, un système planétaire peut aussi former une sorte d’harmonie lorsque les planètes, dont les rapports de période orbitale forment de simples fractions, s’attirent régulièrement par leur gravité. Lorsqu’une planète met trois jours en orbite autour de son étoile et que sa voisine prend deux jours, par exemple. À l’aide du télescope spatial CHEOPS, des scientifiques, dirigés par l’astrophysicien Adrien Leleu du Centre pour l’espace et l’habitabilité de l’Université de Berne, l’Université de Genève et le Centre national de compétence en recherche PlanetS, ont trouvé de telles relations entre cinq des six planètes en orbite autour du étoile TOI-178, située à plus de 200 années-lumière de la Terre. Les résultats ont été publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics.

Une pièce manquante dans un puzzle inattendu

«Ce résultat nous a surpris, car les observations précédentes avec le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA pointaient vers un système à trois planètes, avec deux planètes en orbite très rapprochée. Nous avons donc observé le système avec des instruments supplémentaires, tels que le sol ESPRESSO. spectrographe à l’Observatoire Paranal de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili, mais les résultats n’ont pas été concluants », se souvient Leleu. Lorsque lui et ses collègues ont proposé pour la première fois d’étudier le système de plus près, ils n’étaient donc pas sûrs de ce qu’ils allaient trouver. La haute précision et l’agilité de pointage de la cible de CHEOPS étaient nécessaires pour apporter de la clarté, mais cela s’est avéré plus difficile que prévu. «Après avoir analysé les données de onze jours d’observation du système avec CHEOPS, il semblait qu’il y avait plus de planètes que nous ne l’avions initialement pensé», dit Leleu. L’équipe a identifié une solution possible avec cinq planètes et a décidé d’investir une autre journée de temps d’observation précieux sur le système pour confirmer. Ils ont constaté qu’il y avait en effet cinq planètes présentes avec des périodes orbitales d’environ 2, 3, 6, 10 et 20 jours respectivement.

Alors qu’un système avec cinq planètes aurait été une découverte assez remarquable en soi, Leleu et ses collègues ont remarqué qu’il y avait peut-être plus à l’histoire: le système semblait être en harmonie. “Notre théorie impliquait qu’il pourrait y avoir une planète supplémentaire dans cette harmonie; cependant, sa période orbitale devait être de très près de 15 jours”, explique Leleu. Pour vérifier si leur théorie était bien vraie, l’équipe a programmé une autre observation avec CHEOPS, à l’heure exacte où cette planète manquante passerait – si elle existait. Mais alors, un accident a menacé d’annuler leurs plans.

Prédiction confirmée malgré la quasi-collision

«Juste avant l’heure de l’observation, un débris spatial menaçait d’entrer en collision avec le satellite CHEOPS», se souvient Yann Alibert, co-auteur et professeur d’astrophysique à l’Université de Berne. Par conséquent, le centre de contrôle de l’Agence spatiale européenne (ESA) a initié une manœuvre d’évitement du satellite et toutes les observations ont été interrompues. “Mais à notre grand soulagement, cette manœuvre a été effectuée très efficacement et le satellite a pu reprendre les observations juste à temps pour capturer la mystérieuse planète qui passait”, comme le rapporte Nathan Hara, co-auteur et astrophysicien de l’Université de Genève. “Quelques jours plus tard, les données indiquaient clairement la présence de la planète supplémentaire et confirmaient ainsi qu’il y avait bien six planètes dans le système TOI-178”, explique Hara.

Un système qui remet en question la compréhension actuelle

Grâce à la précision des mesures de CHEOPS ainsi qu’aux données antérieures de la mission TESS, du spectrographe ESPRESSO de l’ESO et d’autres, les scientifiques ont pu non seulement mesurer les périodes et les tailles des planètes de 1,1 à 3 fois le rayon de la Terre, mais aussi estimer leurs densités. Avec cela est venu une autre surprise: par rapport à la façon harmonique et ordonnée des planètes en orbite autour de leur étoile, leurs densités semblent être un mélange sauvage.

“C’est la première fois que nous observons quelque chose comme ça”, comme le souligne Kate Isaak, scientifique du projet ESA, ajoutant que “dans les quelques systèmes que nous connaissons avec une telle harmonie, la densité des planètes diminue régulièrement à mesure que nous nous éloignons de l’étoile. Dans le système TOI-178, une planète terrestre dense comme la Terre semble être juste à côté d’une planète très pelucheuse avec la moitié de la densité de Neptune suivie par une très similaire à Neptune. “

Comme le conclut Adrien Leleu, «le système s’est donc avéré être un système qui remet en question notre compréhension de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires».

CHEOPS – à la recherche de planètes habitables potentielles

La mission CHEOPS (caractérisant le satellite ExOPlanet) est la première des nouvelles «missions de classe S» de l’ESA – des missions de petite classe avec un budget de l’ESA beaucoup plus petit que celui des missions de grande et moyenne taille, et une durée plus courte du projet création pour lancer.

CHEOPS est dédié à la caractérisation des transits des exoplanètes. Il mesure les changements de luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant cette étoile. Cette valeur mesurée permet de dériver la taille de la planète et de déterminer sa densité sur la base des données existantes. Cela fournit des informations importantes sur ces planètes – par exemple, si elles sont principalement rocheuses, sont composées de gaz ou si elles ont des océans profonds. Ceci, à son tour, est une étape importante pour déterminer si une planète a des conditions propices à la vie.

CHEOPS a été développé dans le cadre d’un partenariat entre l’Agence spatiale européenne (ESA) et la Suisse. Sous la direction de l’Université de Berne et de l’ESA, un consortium de plus d’une centaine de scientifiques et d’ingénieurs de onze États européens a participé à la construction du satellite pendant cinq ans.

CHEOPS a commencé son voyage dans l’espace le mercredi 18 décembre 2019 à bord d’une fusée Soyouz Fregat depuis le port spatial européen de Kourou, en Guyane française. Depuis, il est en orbite autour de la Terre sur une orbite polaire en environ une heure et demie à une altitude de 700 kilomètres en suivant le terminateur.

La Confédération suisse participe au télescope CHEOPS dans le cadre du programme PRODEX (programme de développement d’expériences scientifiques) de l’Agence spatiale européenne ESA. Grâce à ce programme, les contributions nationales pour les missions scientifiques peuvent être développées et construites par des équipes de projet de la recherche et de l’industrie. Ce transfert de connaissances et de technologies entre la science et l’industrie confère également à la Suisse un avantage concurrentiel structurel en tant que site commercial – et permet aux technologies, processus et produits de circuler sur d’autres marchés et de générer ainsi une valeur ajoutée pour notre économie.

Plus d’informations: https://cheops.unibe.ch

Exploration spatiale bernoise: avec l’élite mondiale depuis le premier atterrissage sur la lune

Lorsque le deuxième homme, “Buzz” Aldrin, est sorti du module lunaire le 21 juillet 1969, la première tâche qu’il a effectuée a été de mettre en place l’expérience bernoise de composition du vent solaire (SWC) également connue sous le nom de “voile de vent solaire” par le planter dans le sol de la lune, avant même le drapeau américain. Cette expérience, qui a été planifiée et les résultats analysés par le Prof. Dr. Johannes Geiss et son équipe de l’Institut de Physique de l’Université de Berne, a été le premier grand temps fort de l’histoire de l’exploration spatiale bernoise.

Depuis lors, l’exploration spatiale bernoise fait partie de l’élite mondiale. Les chiffres sont impressionnants: 25 fois des instruments ont été lancés dans la haute atmosphère et l’ionosphère à l’aide de fusées (1967-1993), 9 fois dans la stratosphère avec des vols en ballon (1991-2008), plus de 30 instruments ont été pilotés sur des sondes spatiales et avec CHEOPS l’Université de Berne partage avec l’ESA la responsabilité de toute une mission.

Le travail fructueux du Département de recherche spatiale et de sciences planétaires (WP) de l’Institut de physique de l’Université de Berne a été consolidé par la création d’un centre de compétence universitaire, le Centre pour l’espace et l’habitabilité (CSH). Le Fonds national suisse a également décerné à l’Université de Berne le Centre national de compétences en recherche (NCCR) PlanetS, qu’il gère avec l’Université de Genève.

Recherche d’exoplanètes à Genève: 25 ans d’expertise récompensés par un prix Nobel

CHEOPS fournira des informations cruciales sur la taille, la forme, la formation et l’évolution des exoplanètes connues. L’installation du “Science Operation Center” de la mission CHEOPS à Genève, sous la direction de deux professeurs du Département d’astronomie de l’UNIGE, est une suite logique de l’histoire de la recherche dans le domaine des exoplanètes, puisque c’est ici que la première a été découvert en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz, lauréats du prix Nobel de physique 2019. Cette découverte a permis au Département d’astronomie de l’Université de Genève d’être à la pointe de la recherche dans le domaine, avec la construction et l’installation de HARPS sur le télescope de 3,6 m de l’ESO à La Silla en 2003, un spectrographe qui est resté le plus efficace en le monde pendant deux décennies pour déterminer la masse des exoplanètes. Cependant, cette année, HARPS a été dépassé par ESPRESSO, un autre spectrographe construit à Genève et installé sur le VLT à Paranal.

CHEOPS est donc le fruit de deux expertises nationales, d’une part le savoir-faire spatial de l’Université de Berne avec la collaboration de son homologue genevois et d’autre part l’expérience terrain de l’Université de Genève soutenue par son collègue dans le Capitale suisse. Deux compétences scientifiques et techniques qui ont également permis de créer le Centre National de Compétences en Recherche (NCCR) PlanetS.

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