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The Gemini Deep Planet Survey (GDPS) - Premiers Résultats
2007-11-12

Une équipe d'astronomes Americano-Britanno-Canadienne, dirigée par David Lafrenière, René Doyon, Daniel Nadeau et René Racine du CRAQ - Université de Montréal, publie les premiers résultats d'une étude à grande échelle sur les exoplanètes géantes et les naines brunes autour de 85 étoiles jeunes dans le cadre du GDPS.

Les observations réalisées grâce l'imageur infrarouge NIRI combiné au système d'optique adaptative ALTAIR du télescope Gemini situé à Hawaii sont destinées à contraindre la population de planètes de masse équivalente à Jupiter dont le demi-grand axe de l'orbite est compris entre 10 et 300 unités astronomiques (UA ; 1 UA est la distance moyenne entre la Terre et le Soleil). Cette recherche constitue le tout premier pas vers la détection d'une population de planètes géantes relativement éloignées de leur étoile centrale.

 


Figure 1 : Exemple d'une image d'étoile obtenue avec la technique ADI au télescope Gemini. On remarque la présence de plusieurs compagnons autour de l'étoile au central, les plus faibles invisibles sans ADI. D'autres observations de la même étoile obtenues un an plus tard ont montré qu'aucun des compagnons détectés se déplace avec l'étoile, tel qu'attendu pour des astres non-liés gravitationnellement avec l'étoile. En observant ainsi à deux époques différentes, on peut discriminer les étoiles d'arrièrre-plan des vrais compagnons physiquement liés à l'étoile.

 

L'utilisation d'une nouvelle technique d'imagerie, l'imagerie angulaire différentielle (ADI), mise au point par les membres de l'équipe GDPS a permis d'atteindre les sensibilités nécessaires à la détection d'exoplanètes géantes de faible masse. La limite de détection typique (5 sigma , en différence de magnitude entre un point source hors-axe et l'étoile centrale) atteinte par l'étude est 9.5 à 0.5 seconde d'arc, 12.9 à une seconde d'arc, 15 à 2 secondes d'arc et 16.5 à 5 secondes d'arc. Ces limites sont suffisamment petites pour permettre la détection de planètes dont la masse est supérieure à 2 fois la masse de Jupiter et dont la séparation orbitale est supérieure à 40 UA . Plus de 300 candidats, faiblement lumineux, au statut d'exoplanète, furent détectés autour de 54 étoiles parmi les 85 observées. Toutefois, un suivi des observations a révélé que tous les candidats étaient malheureusement, en fait, des objets d'arrière-plan (voir figure 1). Cependant, ces observations ont permis de découvrir, pour la première fois, que trois des étoiles cibles étaient, en fait, des étoiles doubles.

Une étude statistique détaillée des résultats obtenus montre que la fraction des étoiles, possédant au moins une planète plus massive que 2 fois la masse de Jupiter (dans un intervalle de confiance de 95%), dont le demi-grand axe de l'orbite varie entre 24-420 UA et 50-295 UA est respectivement de 0.23 et 0.12. Ces limites supérieures, les plus précises jusqu'à présent, laissent peu de place pour l'existence d'une nuée d'exoplanètes géantes qui serait en orbite autour de leur étoile centrale à des distances plus grande que la taille de notre propre système solaire.

Plus de 250 exoplanètes ont été découvertes ces dernières années par la mesure précise des variations de vitesse radiale (VR) de l'étoile principale. Nonobstant son grand succès dans la découverte de planètes ayant des orbites à petit demi-grand axe de leur étoile centrale, cette technique de vitesse radiale ne permet malheureusement pas la recherche et la caractérisation de planète dont l'orbite est plus grand que ~10 UA (c'est-à-dire plus loin que Saturne dans notre système solaire). Une détermination du nombre d'exoplanètes géantes en fonction de la séparation orbitale (en centaines d'UA) est fondamentale pour élucider l'importance relative des différents mécanismes de formation et de migration des planètes qui sont en cours d'étude. Voilà pourquoi la recherche d'exoplanètes par imagerie directe, telle l'étude GDPS, est essentielle pour améliorer notre compréhension de la formation et l'évolution des systèmes planétaires.

Pour plus de détails : "The Gemini Deep Planet Survey - GDPS", de David Lafrenière (et 12 colaborateurs), parution prévue le 1er décembre 2007 dans « The Astrophysical Journal ».


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