Birth of exoplanets (The)

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La naissance des exoplanètes

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Elles sont proches et lointaines à la fois, familières et mystérieuses, les étoiles. Elles sont surtout très nombreuses. Rien que dans notre galaxie, la Voie lactée, on estime qu'il y a 200 milliards d'étoiles. Et chacune d'elles a, comme le Soleil, des planètes qui orbite autour. C'est ce qu'on appelle des exoplanètes. Les planètes en dehors du système solaire. Comment se forment-t-elles ?
Quelles sont les molécules qui interviennent au moment de leur naissance ?
Ce sont les questions que se pose Romane Le Gal, astronome. Plusieurs fois par an, elle se rend, à l'observatoire NOEMA, dans les Alpes. Pour cela, il faut monter avec un quatre-quatre, le plus haut possible. Et lorsque le véhicule ne passe plus, il faut finir à pied sur un chemin escarpé.
Le groupe est accompagné d'un guide de haute montagne pour atteindre enfin le plateau de Bure, à 2500 mètres d'altitude. C'est ici que sont installées les douze antennes de NOEMA.

Romane LEGAL – astronome
Alors NOEMA, c'est un observatoire international. Donc on observe, ç'est vraiment très varié, donc ça va vraiment d'objets, d'astres qui sont dans notre système solaire. Donc ça peut être des comètes, mais aussi des planètes ou ce qui se passe autour de ces planètes. Et puis on peut aussi observer, au-delà de notre galaxie, donc dans le domaine extra galactique.

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Pour cela, l'équipe utilise l'interférométrie, une technique qui permet de combiner les observations de toutes ces antennes. Ensemble, elles deviennent ainsi un télescope géant. Plus on écarte les antennes les unes des autres, plus la taille du télescope augmente jusqu'à atteindre 1,7 kilomètres de diamètre.

Ana LOPEZ SEPULCRE – astronome
Donc, toutes les antennes doivent pointer le même objet en même temps. Et toutes ces données et passent par des câbles qui vont aller vers un super ordinateur qu'on appelle le corrélateur. Et c'est dans ce corrélateur que toutes ces, toutes ces données prises en même temps par toutes les antennes, vont se combiner de façon à produire l'image finale que l'on cherche.

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NOEMA est le plus puissant radiotélescope de l'hémisphère Nord. Pour observer, il utilise des ondes radio. Cet instrument est mis à la disposition de nombreux chercheurs à travers le monde. A quelques mètres des antennes, dans la salle de contrôle, les opérateurs et astronomes se relaient pour collecter un maximum de données presque en continu. Et cette semaine, c'est justement Romane Le Gal qui est l'astronome de service. Elle contrôle la qualité des données et choisit quel projet observer.

Romane LEGAL – astronome
Une des tâches de l'astronome de service, c'est aussi de décider en fonction des conditions météo, la gamme de fréquences dans lequel on va observer. Il y a les gammes de fréquences qui sont plus restrictives en termes de météo, qui exigent qu'on ait vraiment un temps avec très peu de vapeur d'eau, un ciel très clair, tandis qu'il y a d'autres projets scientifiques qui peuvent être observés, par exemple avec des nuages ou sur une plus longue période de la journée. Donc ça aussi, ça va entrer en compte sur la façon dont on fait, on établit nos programmes.

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Lorsqu'elle n'est pas d'astreinte au plateau de Bure, Romane Le Gal utilise les observations de NOEMA pour son projet de recherche. Elle étudie la phase qui précède la naissance d'une étoile et de ses planètes. A ce moment-là, il n'y a que de la poussière et du gaz en rotation. C'est ce qu'on appelle un disque protoplanétaire. L'astronome fait partie de deux laboratoires de recherche à Grenoble.
Avec ses collègues, elle s'intéresse à la composition des disques protoplanétaires. En voici 20 différents. Le rose représente ici la poussière. Puis elle analyse plus particulièrement un disque. Puis elle se concentre sur un disque et obtient des formes différentes en fonction du gaz étudié.

Romane LEGAL – astronome
Quand on compare ces observations dans la poussière aux observations dans le gaz, on s'est rendu compte que le gaz était encore plus structuré. En fonction de l'espèce moléculaire qu'on regarde. On va vraiment tracer des couches complètement différentes du disque, comme le monoxyde de carbone, qui est très étendu, plus étendu encore que la structure en poussières, en anneau ou bien des molécules plus complexes, plus grosses, qui, elles, se retrouvent beaucoup plus proches de l'intérieur de ce disque.

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Pour obtenir ces données, l'équipe utilise la spectroscopie. Chaque molécule a un spectre bien connu et spécifique, un peu comme un code barre. En étudiant la chimie de la formation des exoplanètes, cela permettra un jour de vérifier certaines grandes théories encore non élucidées aujourd'hui.

Alexandre FAURE – astrophysicien
En fait, est-ce que la chimie qu'on a dans les phases les plus précoces, la phase de nuage moléculaire, que cette chimie, est-ce qu'on va la retrouver dans les phases ultimes qui sont les phases où on a un système planétaire, donc avec une étoile centrale et puis des planètes qui gravitent autour. Donc c'est la question de ce qu'on appelle l'héritage interstellaire.
Est-ce que la chimie du départ se retrouve à la fin ? Ou est-ce qu'au contraire la chimie qu'on retrouve dans les planètes, elle n'a rien à voir avec la chimie de départ et tout s'est, en fait, passé dans la phase des disques protoplanétaire.

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La réponse à cette question permettra de savoir si chaque disque protoplanétaire a la même composition moléculaire que notre système solaire primitif qui a donné naissance à la Terre.
Les images fournies par le télescope James Webb devraient apporter de nouvelles informations dans cette quête. Ce télescope, permet en effet d'étudier les couches chaudes des disques, contrairement à NOEMA qui observe le gaz froid. Le ciel n'a pas fini de nous étonner et de nous donner envie de regarder en l'air.