PLATO

L’étude des étoiles et de leurs planètes

Étoiles et planètes naissent ensemble à partir du même milieu, et donc partagent les premières phases de leur histoire. Leur formation et leur évolution restent ensuite intimement liées. L’évolution des systèmes planétaires doit donc être considérée comme un tout, et la compréhension de l’évolution des planètes passe par celle de l’évolution stellaire.

De plus, la caractérisation des exoplanètes (mesure de leurs paramètres orbitaux, de leur taille, de leur masse, de leur âge) nécessite celle de leurs étoiles-hôtes. En effet, la plupart des mesures que nous pouvons obtenir sur les systèmes exoplanétaires concernent les rapports des quantités décrivant la planète à celles décrivant l’étoile : rapport des rayons planète/étoile, rapport des masses, etc.

L’approche proposée pour la mission PLATO est précisément d’étudier simultanément les exoplanètes et leurs étoiles-hôtes, observées ensemble par la même technique.

Détecter et étudier les exoplanètes grâce à leurs transits

La photométrie à ultra-haute précision, telle qu’utilisée dans le cadre de la mission CoRoT, permet de détecter le transit des exoplanètes devant leur étoile-hôte, selon le schéma ci-dessous :

La méthode photométrique est pour l’instant la seule permettant de mesurer le rapport des rayons de la planète et de l’étoile, en mesurant la profondeur du transit sur la courbe de lumière. Elle nous donne également la possibilité de détecter de petites planètes telluriques.

• Pour en savoir plus

Caractériser les étoiles-hôtes par l’astérosismologie

L’astérosismogie est l’étude des oscillations stellaires, qui sont des ondes acoustiques se propageant à l’intérieur des étoiles. Les fréquences de ces oscillations dépendent de la structure de l’intérieur des étoiles, donc leur mesure nous permet de sonder directement les intérieurs stellaires. C’est ainsi que l’analyse fine des fréquences d’oscillation d’une étoile nous permet de mesurer précisément sa masse, son âge, sa rotation interne, ainsi que d’autres détails de sa structure interne.

Cet outil nous permettra de mesurer les caractéristiques des étoiles-hôtes des exoplanètes détectées par PLATO, et d’en déduire celles des planètes, en particulier leur âge.

L’astérosismologie sera également utilisée par PLATO pour progresser dans notre compréhension de l’évolution stellaire.

• Pour en savoir plus

Concept instrumental de PLATO

Le satellite PLATO observera deux champs de 2150 deg2, chacun pendant 2 ans lors de la phase nominal de la mission. Le champs sud sera le premier observé par la mission et le consortium pourra adapter la stratégie en fonction des résultats obtenus lors de cette première série d’observations. A noter que la période nominale de la mission est fixée à 4 ans mais que le satellite a été conçu pour avoir une durée de vie d’au moins 8 ans. Cela laisse entrevoir une ou plusieurs extensions qui permettront d’adapter la stratégie d’observation. Environ 250 000 milles étoiles naines froides seront donc scrutées à la recherche de planètes, parmi lesquelles les 20 000 les plus brillantes seront mesurées avec une précision suffisante pour détecter et analyser leurs oscillations. Les exoplanètes dont l’étoile-hôte sera analysée par sismologie, pourront donc être caractérisées : en particulier nous connaîtrons de manière fiable leur taille, leur masse et leur âge.

Le concept instrumental de PLATO consiste en un ensemble de 24 caméras identiques, entièrement dioptriques, de 120mm de pupille, observant le même champ de 38.5° de diamètre à la cadence d’une image toutes les 25 secondes. Deux caméras supplémentaires observeront un champ plus petit, mais à la cadence de 2,5 secondes, et seront dédiées à la mesure des étoiles les plus brillantes du champ. Chacune de ces caméras est équipée de son propre plan focal, constitué de 4 CCDs de 4510 x 4510 pixels. Les images de chacune de ces caméras sont traitées à bord et, soit les courbes de lumière et les barycentres, soit des portions d’images centrées sur les étoiles cibles (les « imagettes »), des étoiles présentes dans le champ sont mesurées et transmises au sol, indépendamment pour chaque caméra.

Un élément important de PLATO sera l’organisation d’observations de suivi au sol. En particulier, la mesure des vitesses radiales des étoiles pour lesquelles des transits auront été détectés permettra d’une part de confirmer la présence des planètes et d’autre part de mesurer leur masse.

Par ailleurs, pour les exoplanètes détectées autour des étoiles les plus proches et les plus brillantes, des observations avec d’autres instruments, comme l’E-ELT ou bien le télescope spatial JWST, permettront une étude des atmosphères planétaires.

PLATO sera injecté sur une orbite autour du point de Lagrange L2, par un lanceur Ariane 62. La stabilité de cette orbite lui permettra d’observer sans interruption (ou presque) le même champ pendant plusieurs années, moyennant une rotation du satellite autour de la ligne de visée tous les 3 mois.

Implication du LIRA

L’implication du LIRA dans la préparation de la mission PLATO est quadruple, à savoir :

Membres du LIRA impliqués dans la préparation de la mission