Les exoplanètes

et les astronomes amateurs…

Ce que nous allons voirCe que nous allons voir

1- C’est quoi une exoplanète?1- C’est quoi une exoplanète?

2- Historique des exoplanètes2- Historique des exoplanètes

3- Exoplanète HD 209458-B3- Exoplanète HD 209458-B

4- Les astronomes amateurs4- Les astronomes amateurs

5- La procédure de détection5- La procédure de détection

6- Détection de HD 209458-B par un 6- Détection de HD 209458-B par un astronome amateur du Québecastronome amateur du Québec

C’est quoi une C’est quoi une exoplanète?exoplanète?

Une exoplanète est une planète qui Une exoplanète est une planète qui tourne autour d’une autre étoile que le tourne autour d’une autre étoile que le Soleil et qui est située à l’intérieur de Soleil et qui est située à l’intérieur de notre propre galaxie. notre propre galaxie.

ExempleExemple::

Historique des Historique des exoplanètesexoplanètes

1- Depuis 1995, plus de 250 exoplanètes furent 1- Depuis 1995, plus de 250 exoplanètes furent découvertes autour d’étoiles et certaines sont des découvertes autour d’étoiles et certaines sont des systèmes multiples.systèmes multiples.

2- Vu la distance nous séparant de ces étoiles, il est 2- Vu la distance nous séparant de ces étoiles, il est pratiquement impossible de voir les planètes. Donc pratiquement impossible de voir les planètes. Donc c’est en utilisant des moyens indirects qu’elles furent c’est en utilisant des moyens indirects qu’elles furent détectées (distance maximum 100 parsec).détectées (distance maximum 100 parsec).

3- C’est en mesurant les variations de vitesse radiale de 3- C’est en mesurant les variations de vitesse radiale de l’étoile-mère qu’il fut possible de se douter de la l’étoile-mère qu’il fut possible de se douter de la présence d’un corps qui perturbe l’orbite. exprésence d’un corps qui perturbe l’orbite. ex

4- Environ 20% de ces exoplanètes ont des périodes très 4- Environ 20% de ces exoplanètes ont des périodes très courtes et seulement 10% de ces dernières ont des courtes et seulement 10% de ces dernières ont des orbites transitantes. orbites transitantes. exex

Intérêts des exoplanètes Intérêts des exoplanètes transitantestransitantes

Les exoplanètes transitant leur étoile-mère sont des Les exoplanètes transitant leur étoile-mère sont des phénomènes extrêmement rares et précieux au niveau phénomènes extrêmement rares et précieux au niveau scientifique.scientifique.

Elles permettent de déterminer la masse, le rayon et Elles permettent de déterminer la masse, le rayon et par conséquent, la densité.par conséquent, la densité.

Elles permettent également de déterminer les Elles permettent également de déterminer les composantes de l’atmosphère, tel le sodium.composantes de l’atmosphère, tel le sodium.

Certains transits font baisser la magnitude de l’étoile- Certains transits font baisser la magnitude de l’étoile- mère d’au moins 1% et dure environ trois heures. mère d’au moins 1% et dure environ trois heures. exex

Elles pourraient être détectées avec des instruments Elles pourraient être détectées avec des instruments modestes possédés par des astronomes amateurs. exmodestes possédés par des astronomes amateurs. ex

Exoplanète HD 209458-BExoplanète HD 209458-B

Située dans la constellation de Située dans la constellation de Pégase Pégase Son diamètre est 1.6X plus grand que JupiterSon diamètre est 1.6X plus grand que Jupiter Sa distance par rapport à l’étoile-mère est de Sa distance par rapport à l’étoile-mère est de

6.4 millions de kilomètres. Rappelons que 6.4 millions de kilomètres. Rappelons que Mercure est située à 69 millions de kilomètres.Mercure est située à 69 millions de kilomètres.

Sa distance de notre Soleil est de 153 années Sa distance de notre Soleil est de 153 années lumières soit lumières soit 1 432 000 milliards de kilomètres.1 432 000 milliards de kilomètres.

C’est une planète jovienne tel Jupiter.C’est une planète jovienne tel Jupiter. C’est même une HOT JUPITER !C’est même une HOT JUPITER !

Exoplanète HD 209458-BExoplanète HD 209458-B

1- Sa rotation autour de l’étoile-mère est de 1- Sa rotation autour de l’étoile-mère est de 3.5 jours.3.5 jours.

2- Première confirmation de l’existence 2- Première confirmation de l’existence d’une exoplanète par une observation d’une exoplanète par une observation directe (photométrie): en novembre 1999.directe (photométrie): en novembre 1999.

3- Le transit fait diminuer l’éclat de l’étoile-3- Le transit fait diminuer l’éclat de l’étoile-mère par 2%, soit 0.017 magnitude.mère par 2%, soit 0.017 magnitude.

4- Magnitude de HD209458; 8.22 (bleue)4- Magnitude de HD209458; 8.22 (bleue)

Première vision directe Première vision directe d’une exoplanèted’une exoplanète

Les astronomes amateursLes astronomes amateurs

QUESTIONS: QUESTIONS: Avec ce que nous venons de voir, est-il Avec ce que nous venons de voir, est-il

possible pour un astronome amateur de possible pour un astronome amateur de détecter une exoplanète ?détecter une exoplanète ?

RÉPONSE: OUIRÉPONSE: OUI QUESTION:QUESTION:

Mais comment y arriver?Mais comment y arriver?

La procédure de La procédure de détectiondétection

Équipement minimum:Équipement minimum: téléscope 8 potéléscope 8 po caméra CCDcaméra CCD filtre photométrique exfiltre photométrique ex logiciel: planétarium et traitement d’imageslogiciel: planétarium et traitement d’images éphémérideséphémérides

La procédure de La procédure de détectiondétection

LA TECHNIQUE:LA TECHNIQUE: repérer le champ à photographier;repérer le champ à photographier; cadrer et déterminer les étoiles (cinq à dix) qui serviront à la réduction cadrer et déterminer les étoiles (cinq à dix) qui serviront à la réduction

photométrique: HD209458; photométrique: HD209458; utiliser les mesures du catalogue USNOA 2.0 qui ont une précision de l’ordre de utiliser les mesures du catalogue USNOA 2.0 qui ont une précision de l’ordre de

plus ou moins 0.1 magnitude: HD209458, carte;plus ou moins 0.1 magnitude: HD209458, carte; faire au moins deux soirées de pratique à blanc pour s’assurer d’avoir un bon suivi faire au moins deux soirées de pratique à blanc pour s’assurer d’avoir un bon suivi

et valider la méthode de calcul de la réduction photométrique;et valider la méthode de calcul de la réduction photométrique; s’assurer qu’aucun obstacle n’entravera la trajectoire de HD209458 pendant au s’assurer qu’aucun obstacle n’entravera la trajectoire de HD209458 pendant au

moins 4.5 heures;moins 4.5 heures; prendre une image à toutes les minutes environ;prendre une image à toutes les minutes environ; utiliser un filtre photométrique (bleu ou rouge);utiliser un filtre photométrique (bleu ou rouge); s’assurer que le suivi du télescope est parfait durant toute la durée de la prise s’assurer que le suivi du télescope est parfait durant toute la durée de la prise

d’images;d’images; prendre des images de Bias, Noir et de PLU pour calibrer les photographies;prendre des images de Bias, Noir et de PLU pour calibrer les photographies; durée des poses pour éviter la scintillation et la saturation: 20 secondes;durée des poses pour éviter la scintillation et la saturation: 20 secondes; temps de pose pour saturation: trois secondes sans filtre.temps de pose pour saturation: trois secondes sans filtre.

Détection de HD 209458-Détection de HD 209458-B par un astronome B par un astronome

amateuramateur Dans la nuit du 6 septembre 2005, entre Dans la nuit du 6 septembre 2005, entre

22h30 et 01h30, temps local, j’ai effectué 22h30 et 01h30, temps local, j’ai effectué la manipulation mentionnée sur l’étoile la manipulation mentionnée sur l’étoile HD209458 pour être en mesure de HD209458 pour être en mesure de détecter le transit de l’exoplanète qui détecter le transit de l’exoplanète qui devait débuter vers les 23h05, temps devait débuter vers les 23h05, temps local.local.

DONC VOICI LES RÉSULTATS DE DONC VOICI LES RÉSULTATS DE MON OBSERVATION…MON OBSERVATION…

RésultatsRésultatsCourbe de lumière HD209458

8.215

8.220

8.225

8.230

8.235

8.240

8.245

8.250

JOUR JULIEN

Mag

nit

ud

e

Série1

Moyenne: 8.220

Moyenne: 8.237

Comment obtenir une Comment obtenir une précision de l’ordre du 0.01 précision de l’ordre du 0.01 magnitude?magnitude?

L’objectif est de mesurer la différence de magnitude de L’objectif est de mesurer la différence de magnitude de deux étoiles durant un transit planétaire et non de deux étoiles durant un transit planétaire et non de mesurer une magnitude absolue.mesurer une magnitude absolue.

En mesurant sur une même image deux étoiles, nous En mesurant sur une même image deux étoiles, nous éliminerons les effets dus à la transparence du ciel, de éliminerons les effets dus à la transparence du ciel, de la réponse du ccd, de l’extinction due à l’atmosphère la réponse du ccd, de l’extinction due à l’atmosphère (élévation) et finalement de la dépendance à la (élévation) et finalement de la dépendance à la couleur.couleur.

Cette technique appelée photométrie différentielle Cette technique appelée photométrie différentielle permettra de faire des mesures de l’ordre de 2% de permettra de faire des mesures de l’ordre de 2% de magnitude dans des conditions de ciel non parfait. Ce magnitude dans des conditions de ciel non parfait. Ce qui s’avèrerait tout à fait impossible pour la qui s’avèrerait tout à fait impossible pour la photométrie conventionnelle.photométrie conventionnelle.

Comment obtenir une Comment obtenir une précision de l’ordre du 0.01 précision de l’ordre du 0.01 magnitude?magnitude?

Idéalement le champ du ccd devrait pouvoir couvrir environ .5 Idéalement le champ du ccd devrait pouvoir couvrir environ .5 degré.degré.

L’étoile de comparaison devrait être de la même magnitude et de L’étoile de comparaison devrait être de la même magnitude et de la même couleur.la même couleur.

S’assurer de garder ses étoiles au même endroit sur le ccd tout S’assurer de garder ses étoiles au même endroit sur le ccd tout au long du transit est de la plus haute importanceau long du transit est de la plus haute importance

Prendre une image à toutes les minutes. Prendre une image à toutes les minutes. Étant donné le nombre important d’images, s’assurer que l’espace Étant donné le nombre important d’images, s’assurer que l’espace

disque est suffisant.disque est suffisant. La précision sera fonction de l’écart-type mesuré de notre étoile La précision sera fonction de l’écart-type mesuré de notre étoile

de comparaison. de comparaison. Pour améliorer le ratio-signal sur bruit, il s’agit de défocaliser les Pour améliorer le ratio-signal sur bruit, il s’agit de défocaliser les

étoiles. Ceci évitera la saturation et permettra donc un temps de étoiles. Ceci évitera la saturation et permettra donc un temps de pose plus long évitant ainsi la scintillation.pose plus long évitant ainsi la scintillation.

Comment obtenir une Comment obtenir une précision de l’ordre du 0.01 précision de l’ordre du 0.01 magnitude?magnitude?

S’assurer que l’exposition des étoiles éliminera l’effet de S’assurer que l’exposition des étoiles éliminera l’effet de scintillation.scintillation. Exemple: avec le C11, la Audine et le filtre bleu, une exposition de 20 Exemple: avec le C11, la Audine et le filtre bleu, une exposition de 20

secondes permettait de n’avoir aucune saturation et scintillation.secondes permettait de n’avoir aucune saturation et scintillation. Pour s’assurer d’obtenir un bon rapport signal/bruit, une addition Pour s’assurer d’obtenir un bon rapport signal/bruit, une addition

des images par groupe de 10 sera fait à la fin de la soirée.des images par groupe de 10 sera fait à la fin de la soirée. La calibration des images avec l’aide de Bias, Noir et PLU est La calibration des images avec l’aide de Bias, Noir et PLU est

essentiel.essentiel. Refroidissement du ccd au alentour de -15C à -20CRefroidissement du ccd au alentour de -15C à -20C Ne jamais utiliser une caméra ccd avec ABGNe jamais utiliser une caméra ccd avec ABG Application des algorithmes de réduction photométrique pour Application des algorithmes de réduction photométrique pour

obtenir les résultatsobtenir les résultats

Comment obtenir une Comment obtenir une précision de l’ordre du 0.01 précision de l’ordre du 0.01 magnitude?magnitude?

Bien connaître les limitations du ccd tel Bien connaître les limitations du ccd tel que: voir que: voir

Les ccd ABG deviennent non linéaires Les ccd ABG deviennent non linéaires lorsque la demi-capacité de charge est lorsque la demi-capacité de charge est dépassée (dépassée (half well capacity)half well capacity)

Questions?

FIN

Observatoire de Victoria

Champ d’étoilesChamp d’étoiles

Retour

1

2

3

4

56

7

8

910HD209458

RT

Localisation de HD 209458Localisation de HD 209458

retour

Représentation graphique d’une exoplanète

Retour

Représentation graphique d’une exoplanète

Retour

HIPCatalog Number

HD Number R.A.(hr.)

Dec.

(deg.)

Spectral

type

V(m

ag)

Fe/H(dex)

Distance(parsecs)

Hipparcos Selected

17972 GJ3251 3 63 M1.5 11.5NA 34.66

56299 ………. 11 57 K2V 9.3 NA 38.52

62523 111395 12 24 G7V 6.3 NA 17.17

108859 209458 22 18 G0V 7.9 NA 47.08

111942 GJ 870 22 43 K8V 10 NA 42.94

New Hipparcos Variables?

HD Number R.A.(hr.)

Dec.

(deg.)

Spectral

type

V(m

ag)

Period (days)/delta

13313 17791 2 2 K5V 7.0 16.859 4.73954 / 0.1

111278 213617 (39 Peg)

22 20 F1V 6.5 5.071 1.79625 / 0.06

60074 107146 12 16 G2V 7.2 4.811 7.13116 / 0.06

77408 141272 16 1 G8V 7.6 3.712 4.15717 / 0.06

4956 SAO11548 1 61 K5V 9.0 2.853 3.01776 / 0.1

100346 193706 20 21 F9Vw 8.0 2.436 20.7231 / 0.08

18719 SAO 76384 4 20 G4V 8.8 2.406 5.88196 / 0.08

Liste de candidats potentiels pour exoplanète

Retour

retour

Hot Jupiter

retour

RT

Rt

Bruit de lectureBruit de lecture 15 électrons par pixel15 électrons par pixel

Capacité de charge MaxCapacité de charge Max 50K electrons/pixel, 50K electrons/pixel, antibloomingantiblooming

100K electrons/pixel, 100K electrons/pixel, non-antibloomingnon-antiblooming

Saturation à haute Saturation à haute résolution Pixel 1X1résolution Pixel 1X1

~20,000 ADU, ~20,000 ADU, antibloomingantiblooming

~40,000 ADU, non-~40,000 ADU, non-antibloomingantiblooming

Chip gainChip gain 2.3 photons/ADU2.3 photons/ADU

Bruit pour une étoile de magnitude 10 et télescope de 8 pouces

-0.0050

0.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

0.0250

0.0300

0.0350

1 10 100 1000 10000

Temps de pose en seconde (s)

Bru

it

Bruit de scintillation

Bruit Poisson 10ièm magnitude

Bruit total, 10ièm mag.

Tableau donnant la meilleure précison que l’on peut Tableau donnant la meilleure précison que l’on peut s’attendre d’atteindre avec bruit atmosphérique zéro, s’attendre d’atteindre avec bruit atmosphérique zéro, bruit du détecteur zéro et aucune erreur systématique.bruit du détecteur zéro et aucune erreur systématique.

ADUs (pour un gain de 2.3) Electrons Bruit aléatoire Signal/bruit Précision

44 100 10 10 10%

440 1000 31.6 31.6 3.20%

4400 10000 100 100 1%

44000 100000 316 316 0.30%

440000 1,000,000 1000 1000 0.10%

ADU= analogue vers unité digitale

RT

FIN