Avec entre 100 et 400 milliards d’étoiles uniquement dans la Voie lactée, auxquelles s’ajoutent des milliards d’autres galaxies, autant dire que les exoplanètes pullulent dans l’Univers. Ce n’est pourtant que depuis quelques décennies que les astronomes connaissent leur existence. Ces derniers s’appuient sur plusieurs méthodes pour confirmer ou non leur présence. Parmi elles, celle dite des vitesses radiales. Qu’en est-il exactement ?
Cette méthode repose sur l’observation spectrale des étoiles, à la recherche de signes de « vacillement ». En d’autres termes, les astronomes vont ici remarquer si l’étoile s’éloigne où se rapproche de la Terre. Ce mouvement est causé par la présence de planètes qui exercent une influence gravitationnelle sur leur étoile. Essentiellement donc, la méthode des vitesses radiales ne consiste pas à chercher les planètes elles-mêmes, mais à observer une étoile pour déceler ou non des signes de mouvements. Pour ce faire, les astronomes utilisent un spectromètre pour mesurer la façon dont les lignes spectrales de l’étoile se déplacent en raison de l’effet Doppler – soit vers l’extrémité rouge (redshift, l’étoile s’éloigne), soit vers le bleu (blueshift, l’étoile se rapproche).
En s’appuyant sur les vitesses radiales de l’étoile, les astronomes peuvent ainsi déterminer la présence d’une planète, ou d’un système de planètes. Jusqu’en 2012, cette méthode était la plus efficace pour détecter les exoplanètes, mais elle a depuis été remplacée par la méthode dite du transit. Elle reste néanmoins très efficace, souvent utilisée conjointement avec celle du transit pour confirmer ou non l’existence d’exoplanètes et imposer des contraintes sur leur taille et leur masse.
L’un des principaux avantages de cette méthode est qu’elle permet de mesurer directement l’excentricité de l’orbite de la planète. Plus l’étoile est proche, plus précise sera la mesure. Cette méthode est donc généralement utilisée pour rechercher des planètes de faible masse autour d’étoiles qui se trouvent à moins de 160 années-lumière de la Terre. La plupart du temps, ce sont les naines rouges qui sont visées, celles-ci étant moins massives et plus affectées par le remorqueur gravitationnel des planètes. L’avantage, c’est que ces étoiles sont les plus répandues dans l’Univers, représentant 70 % des étoiles dans les galaxies spirales et 90 % des étoiles dans les galaxies elliptiques.
Cela permet aux astronomes de déterminer l’inclinaison de l’orbite de la planète et d’en mesurer la masse réelle. Cette technique exclut également les faux positifs et fournit des données sur la composition de la planète. Le problème principal est qu’une telle détection n’est possible que si la planète tourne autour d’une étoile relativement brillante et si cette dernière réfléchit ou émet beaucoup de lumière.
Cette méthode présente néanmoins quelques inconvénients notables. Pour commencer, il est ici impossible d’observer des centaines voire des milliers d’étoiles simultanément avec un seul télescope – comme c’est le cas avec la méthode du transit. Elle peut également parfois produire de faux signaux, en particulier dans les systèmes multi-planétaires et multi-stellaires.
En fin de compte, la méthode des vitesses radiales est la plus efficace lorsqu’elle est couplée avec la photométrie de transit, particulièrement pour confirmer ou non les résultats de cette dernière méthode. Lorsque les deux méthodes sont combinées, l’existence d’une planète peut non seulement être confirmée, mais des estimations précises de son rayon et de sa masse réelle peuvent être faites. Notons tout de même qu’à ce jour, 662 de toutes les découvertes d’exoplanètes ont été détectées en utilisant la méthode des vitesses radiales seule, soit près de 30 % du total.
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