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• La vie : quoi et où ?
• Les exoplanètes
• Formation des systèmes planétaires
• Recherche d’intelligences
• Sommes-nous visités ?
La vie dans l’Univers
Dans notre système solaire : il reste une faible probabilité d’existence d’une vie primitive ailleurs que sur terre
• Mars (dans le passé ?)
• Titan, Europe,… ???
Recherche d’une vie évoluée → aller voir plus loin
Que chercher ? Seules formes de vie connues : sur notre Terre
Possibilité de formes de vie exotiques (science-fiction) mais nous ne saurions pas que chercher, ni comment
→ recherche de formes de vie analogues à la nôtre
→ sur des planètes : • à croûte solide
• avec de l’eau liquide (excellent solvant)
Où chercher la vie ?
Les grandes étapes de la vie sur Terre
t (GYr) h Événement
−4.6 0h Formation de la Terre
−4.5/−4.0 1h/3h Formation des océans
−4.0 ? 3h ? Premiers organismes unicellulaires
−1.3 17h Premières plantes multicellulaires
−0.6 21h Explosion du cambrien (1ers animaux)
−0.4 22h La vie sort des océans
−0.1 23h30m Premiers mammifères
−0.0005 23h59m50s Homo Sapiens
(−100 ans 23h59m59s.998 Invention de la radio)
La vie : quoi et où ? - 2
Attention !
Le point de vue adopté dans ce tableau (dernières lignes) est très anthropomorphique !
Les planètes habitables
Zone habitable (ZH) = zone entourant l’étoile où la présence d’eau à l’état liquide est possible
La vie : quoi et où ? - 3
Zone habitable au début de la vie de l’étoile
Zone habitable à la fin de la vie de l’étoile
Zone continuellement habitable
Étoile
L* augmente durant la phase de séquence principale
→ la zone habitable se déplace
Position idéale : dans la zone continuellement habitable (ZCH)
Complication par effet de serre éventuel
→ dépend de l’atmosphère planétaire
Autour de quelles étoiles ?
• Étoiles O, B, A, F : vie trop brève < 3 milliards d’années (GYr)
• Étoiles M : vie très longue mais étoiles très peu lumineuses
→ (1) ZH très étroite et pas de ZCH (mais 200 GYr pas nécessaires)
(2) ZH très proche de l’étoile → rotation synchrone probable
→ radiation mortelles de la couronne ?
• Étoiles G : bon compromis
• Étoiles K : peut-être les mêmes problèmes que les étoiles M
Seules les étoiles G (et K ?) de séquence principale non binaires sont susceptibles de procurer un environnement adéquat
→ ~ 10% des étoiles de la Galaxie
La vie : quoi et où ? - 4
Exoplanète = planète extrasolaire = planète gravitant autour d’une étoile autre que le soleil
• Imaginons un système comme le nôtre autour d’α Cen
D (α Cen) = 4.2 AL = 260 000 UA d (Jupiter – Soleil) = 5.2 UA
θ = dist. ang. = 5.2/260000 rad = 4″ Luminosité LP/L* ~ 10−9
• Autres étoiles : plus éloignées → problème encore plus difficile
ex : ε Eri : D = 10.5 AL d (planète – étoile) = 3.2 UA
θ = 3.2/650000 rad = 1″
→ détection directe généralement hors de portée des moyens actuels
→ recherche par des méthodes indirectes
Les exoplanètes
Premières découvertes
• 1992 : découverte de 2 planètes autour du pulsar PSR B1257+12 par Aleksander Wolszczan
M = 4.3 & 2.8 MT d = 0.36 & 0.47 UA
• 1995 : découverte de la première exoplanète orbitant autour d’une étoile « normale » par Michel Mayor et Didier Queloz
51 Peg : G2IV D = 48 AL M = 1.05 M
51 Peg b : M > 150 MT d = 0.05 UA
T = 4 jours
Les exoplanètes - 2
Méthodes de détection : imagerie directe
Seulement dans des cas particuliers et avec les meilleures techniques actuelles (espace, optique adaptative…)
Les exoplanètes - 3
Naine brune 2M1207 et sa planète (ESO)
→ étoiles peu lumineuses et proches
planètes massives
grandes orbites
Exemples :
• 2M1207, naine brune à 50 pc
planète de 5 MJup à 40 UA
• AB Pic, K2V à 46 pc
planète de 13 MJup à 275 UA
Mouvement orbital
3e loi de Kepler généralisée :
(s’obtient en égalant force gravifique = force centripète pour M et m)
Les exoplanètes - 4
Vitesse de l’étoile :
)(π4
)(
2
3
2
mMGaAT
CA aM m
v
V
2
2
)( aAGMm
AMV
22
aGmA
VAa
MaGm
VMm
aA 2
2
Méthodes de détection : vitesses radiales
M >> m & a >> A → Kepler :
Les exoplanètes - 5
31
32
1
2
3
2 1π4 MTK
aGMaT
34
322
22
MTmKV 32
31
rad sin
MTimKV
i = angle entre plan de l’orbite et ciel
V en km/s T en années
m en MJup M en M
→ plus sensible aux grandes masses planétaires et courtes périodes
CA aM m
v
V
Méthodes de détection : microlentilles gravitationnelles
Amplification d’une étoile d’arrière plan par une étoile passant sur la ligne de visée (déviation de la lumière avec pseudo-focalisation)
Si l’étoile a une planète qui passe devant la source d’arrière-plan :
Les exoplanètes - 6
→ maximum secondaire dans la courbe de lumière
Détection de faibles masses (ex : 5.5 MT) mais pas de vérification possible !
Événements peu probables → nécessité d’observer un grand nombre de sources
Méthodes de détection : transits
Si la planète passe devant son étoile → éclipse partielle
Baisse de luminosité apparente : ΔL/L ~ (RP/R*)2 → grande précision
+ favorise les grosses planètes autour de petites étoiles
Les exoplanètes - 7
Prob(transit) ~ R*/a
+ nécessité d’observer plusieurs transits
→ favorise également les courtes périodes
Événements peu probables → nécessité d’observer un grand nombre de sources
Exoplanètes détectées
Octobre 2007 : > 250 exoplanètes découvertes
Vitesses radiales : 207 systèmes planétaires
Les exoplanètes - 8
Transits : 28
Microlentilles : 4
Pulsars : 3
Jupiters chauds
Les premières exoplanètes découvertes étaient des planètes très massives orbitant très près de leur étoile
→ on les a appelées des Jupiters chauds (M > ~MJup, d < 0.05 UA)
Leur découverte fut une surprise et a forcé les astronomes à revoir les
Les exoplanètes - 9
théories de formation des systèmes planétaires
Mais ces planètes sont les plus faciles à détecter :
• Vrad grande, T courte
• transits profonds et plus fréquents
→ biais observationnel ?
Contraction de la nébuleuse protostellaire
→ étoile au centre, entourée d’un disque de gaz et de poussières
Collisions entre grains de poussière → agrégation
→ taille augmente jusqu’à quelques km : planétésimales
Formation des systèmes planétaires
La gravitation commence à jouer
→ encore + de collisions avec :
• fusion et augmentation de taille
• ou pulvérisation des agrégats
• orbites excentriques → encore + de collisions
Protoplanètes
• Les planétésimales les plus massives ont tendance à grandir encore plus en capturant les corps sur leur orbite
• Taille ~ 1000 km → protoplanètes
• Les plus massives peuvent s’entourer d’un disque de matière qui donnera naissance à leurs satellites
• Perturbation des orbites des petits corps par les plus grosses planètes
→ grand bombardement et grand nettoyage du système planétaire
Formation des systèmes planétaires - 2
Différenciation planétaire
• Contraction gravifique de l’étoile
→ maximum de luminosité peu après sa formation
• Dans le système intérieur :
– vaporisation des glaces contenues dans les grains de poussière
– pression de radiation → repousse les gaz vers l’extérieur
(→ ne reste que ~ 2% de la matière initiale)
→ planétésimales composées de roches + métaux
→ objets telluriques
Formation des systèmes planétaires - 3
Différenciation planétaire
• Dans le système extérieur :
– planétésimales de roches + métaux + glaces → objets ganymédiens
– la masse des glaces ~ 3 ou 4 fois la masse de roches et métaux
→ protoplanètes beaucoup plus massives et température plus basse
→ possibilité de capturer les gaz (H, He) → planètes joviennes
• Comment expliquer l’existence de Jupiter chauds ?
– formation dans le système extérieur puis migration vers l’intérieur (interactions gravifiques dans le disque ou avec d’autres étoiles ?)
– lors de la migration : éjection probable des plus petites planètes
→ probablement pas de planètes telluriques dans ces systèmes
Formation des systèmes planétaires - 4
Notre système solaire : un cas particulier ?
Exoplanètes : – grande proportion de Jupiters chauds
– beaucoup d’excentricités élevées (→ éjections)
Formation des systèmes planétaires - 5
→ notre système solaire avec les planètes joviennes restées « à leur place » est-il une exception ?
→ conséquences pour la vie dans l’Univers ?
Atmosphère et océans des planètes telluriques
Les composants des atmosphères (et océans) des planètes telluriques étaient dans la partie « glaces » du disque protoplanétaire
→ comment expliquer leur présence actuelle ?
2 hypothèses :
• dégazage d’une petite fraction des glaces qui aurait pu survivre à l’intérieur des planètes (gaz rejetés par les volcans)
Formation des systèmes planétaires - 6
• grande pluie : après le maximum de luminosité solaire, impact de comètes riches en glaces :
– originaires des régions extérieures
– déviées par les planètes joviennes
Rappel : ~ 10% des étoiles de la Galaxie sont susceptibles de fournir un environnement adéquat à la vie
1960 : Frank Drake essaie d’estimer le nombre de civilisations technologiques dans notre Galaxie
Recherche d’intelligences
Taux de formation d’étoiles adéquates R* :
~1011 étoiles dans la Galaxie
~1010 étoiles « adéquates »
Âge de la Galaxie ~ 1010 ans
→ naissance d’une étoile adéquate par an (en moyenne) Frank Drake et « son » équation
Fraction d’étoiles ayant des planètes fp :
Les recherches actuelles donnent des résultats positifs pour ~ 5% des cibles (mais concernent des planètes gazeuses massives)
→ adoptons cette valeur malgré tout → une étoile tous les 20 ans
Nombre de planètes habitables par étoile ayant des planètes ne :
Il faut dans la ZH au moins une planète tellurique suffisamment massive pour retenir une atmosphère et pas de Jupiter chaud dans le système
→ supposons que cela arrive une fois sur 10 : ne ~ 0.1
→ une étoile tous les 200 ans (50 millions de planètes habitables !)
Recherche d’intelligences - 2
Fraction de planètes habitables où la vie se développe fl :
La vie est apparue rapidement sur Terre dès que les conditions ont été remplies
→ on peut supposer fl ~ 1 (disons 0.5) → une étoile tous les 400 ans
Fraction de planètes où la vie évolue vers l’intelligence fi :
Là, on n’a pas vraiment d’informations…
Probabilité que la vie évolue vers des organismes multicellulaires ?
Probabilité qu’une forme de vie complexe développe l’intelligence ?
Qu’est-ce que l’intelligence ?
→ supposons fi ~ 0.01 → une étoile tous les 40 000 ans
Recherche d’intelligences - 3
Fraction des formes de vie intelligentes qui développent une civilisation technologique fc :
Personnellement, je trouve cette éventualité assez probable
→ je suppose fc ~ 1 (disons 0.25) → une étoile tous les 100 000 ans
Notre Galaxie a ~ 10 milliards d’années
→ selon cette estimation, 100 000 civilisations technologiques auraient pu voir le jour dans notre Galaxie [et la plus proche de nous pourrait (aurait pu) être à ~ 400 AL]
Combien pourrait-il y en avoir actuellement ?
Cela dépend de la durée de vie moyenne L d’une civilisation technologique
Recherche d’intelligences - 4
Premier programme SETI
SETI = Search for ExtraTerrestrial Intelligence
Recherche d’intelligences - 5
= recherche de signaux radio émis (intentionnellement ou non) par des intelligences extraterrestres
1960 : Frank Drake tourne le radiotélescope de Green Bank vers :
– τ Ceti : sans résultat
– ε Eridani : signal intense mais non reproductible (en fait, signal émis par un avion espion U-2 volant à 20 000 m au-dessus de l’URSS)
Difficultés des programmes SETI
• A quelle(s) fréquence(s) chercher ?
• Éliminer les signaux parasites (surtout terrestres)
• Comment séparer les signaux naturels et artificiels ?
• Reproductibilité
Recherche d’intelligences - 6
Ci-contre :
un signal apparemment artificiel détecté en 2002
(= interférence inhabituelle entre un satellite GPS et une station au sol ?)
t
ν
Programme SETI le plus ambitieux
Débute en 1992 (500e anniversaire de la découverte de l’Amérique)
Utilise le radiotélescope d’Arecibo (300 m) à Porto Rico
À l’origine, analyse des signaux de 1000 étoiles semblables au Soleil
Recherche d’intelligences - 7
Interrompu un an plus tard par le Sénat, suite au réquisitoire de deux de ses membres
Repris ensuite grâce à des fonds privés.
Quantité énorme de données à analyser
→ SETI@home
« Bien sûr qu’il existe des créatures étranges, des soucoupes volantes et des civilisations avancées dans l’espace. Mais nous n’avons pas besoin de dépenser 6 millions de dollars cette année pour prouver que ces vilaines créatures existent. Il suffit de 75 cents pour acheter un magazine au supermarché. [En coupant ces crédits] nous avons une occasion de prouver qu’il y a encore une vie intelligente sur Terre. »
Résultats des programmes SETI
• Détections de signaux artificiels
• Souvent identifiés (sources « terrestres »)
• Parfois non identifiés mais non confirmés jusqu’à présent
• Parfois reproductibles (2 – 3 détections)
• Méthodologie stricte : pas d’annonce « hasardeuse » avant confirmation suffisante (manière de procéder en contraste flagrant avec celle des ufologues)
Recherche d’intelligences - 8
Types de signaux détectables
• Signal émis intentionnellement vers nous → puissant et structuré
Recherche d’intelligences - 9
Mais quelle en serait la motivation ?
• Radiocommunications qui s’échappent vers l’espace
→ plus faible (3D) et plus confus
→ serions-nous capables de le détecter et reconnaître sa nature « intelligente » ?
• Une civilisation technologique utilise-t-elle nécessairement les communications radio ?
Et nous, qu’avons-nous envoyé ?
• 16/11/1974 : message de 169 secondes envoyé par le radiotélescope d’Arecibo vers l’amas globulaire M13 situé à 25000 AL :
Recherche d’intelligences - 9
– nombres de 0 à 10 codés en binaire
– numéros atomiques de H, C, N, O, P (à la base de la vie sur Terre)
– formules chimiques des bases de l’ADN
– organisation spatiale de l’ADN
– petit bonhomme
– place de la terre dans le système solaire
– antenne d’Arecibo,…
Sommes-nous seuls ? Le paradoxe de Fermi
Parmi toutes les civilisations extragalactiques, une d’entre elles, si elle a des visées expansionnistes, devrait déjà avoir colonisé la Galaxie
Comment ?
Supposons qu’elle envoie des missions spatiales vers 10 planètes habitables et que chacune des 10 colonies envoie à son tour des missions vers 10 nouvelles planètes
Recherche d’intelligences - 10
Cela peut être très long, mais peu importe
Supposons qu’il faille 100 000 ans pour atteindre une nouvelle planète, y recréer une civilisation et envoyer 10 nouvelles missions
→ en moins de 800 000 ans, la Galaxie est colonisée
Temps requis pour coloniser la Galaxie
En 100 000 ans, 10 planètes sont colonisées
En 200 000 ans, 100 planètes
En 300 000 ans, 1000 planètes
… (croissance exponentielle)
En 800 000 ans, 100 millions de planètes habitables = toute la Galaxie
Or, des étoiles 5 milliards d’années plus vieilles que les Soleil ont des environnements propices à la vie
→ parmi les civilisations ET, certaines pourraient avoir des milliards d’années d’avance sur nous → ces ET devraient être là
Conclusion de Fermi : ils ne sont pas là, donc nous sommes seuls !!!
Recherche d’intelligences - 11
Solution proposée par Fermi
Pour résoudre son paradoxe, Fermi suggère que, au moment où une civilisation acquiert la technologie des voyages spatiaux, elle acquiert aussi les moyens de s’autodétruire
(contexte de la guerre froide)
Si la durée de vie moyenne d’une civilisation technologique est inférieure au temps moyen qu’il faut pour qu’une telle civilisation apparaisse dans la Galaxie (~ 100 000 ans dans mon estimation)
→ il peut naître beaucoup de civilisations
mais, en moyenne, il n’y a qu’une seule civilisation technologique à la fois dans la Galaxie
Recherche d’intelligences - 12
Sommes-nous si sûrs qu’ils ne sont pas là ?
De nombreuses personnes prétendent que :
– non seulement des civilisations extraterrestres existent
– il n’est pas besoin de programmes SETI pour les détecter
Sommes-nous visités ?
car ils nous rendent visite :
Les E.T. sont parmi nous !
Preuves de visites extraterrestres ?
• Objets Volants Non Identifiés
• Crop Circles
• Anciens Astronautes
• Contacts
• Enlèvements
→ jusqu’à présent, aucune de ces « évidences » n’a résisté à un examen sérieux
→ rencontres d’extraterrestres = version moderne de vieux mythes
→ Sommes-nous visités ? Probablement pas…
Sommes-nous visités ? - 2
Solutions possibles au paradoxe de Fermi
1. Énormité des distances
Avec une fusée moderne (20 000 km/h) il faut :
1 jour pour aller jusqu’à la lune,
1 an pour aller jusque Mars ou Vénus,
20 ans pour traverser le système solaire,
200 000 ans pour atteindre l’étoile la plus proche,
4 milliards d’années pour traverser la Galaxie
S’il y a ~ 100 000 civilisations ET dans la galaxie, il faudrait :
~ 20 millions d’années pour atteindre la plus proche !
Sommes-nous visités ? - 3
Solutions possibles au paradoxe de Fermi
1. Énormité des distances (suite)
En multipliant encore par 4000 la vitesse de nos fusées (0.1c), il faudrait :
40 ans pour atteindre l’étoile la plus proche,
1 million d’années pour traverser la Galaxie
S’il y a ~ 100 000 civilisations ET dans la galaxie, il faudrait encore :
~ 5000 ans pour atteindre la plus proche
→ distances trop grandes, voyages trop longs !
Sommes-nous visités ? - 4
Solutions possibles au paradoxe de Fermi
2. Faible probabilité de vie intelligente
• La vie semble apparaître assez facilement quand les conditions sont remplies
• Mais il faut peut-être des conditions très spéciales pour que survienne l’intelligence (= pour qu’elle soit un facteur favorable dans la sélection naturelle)
• Sur Terre, il a fallu plus de 2 milliards d’années pour que la vie passe du stade unicellulaire à un stade plus complexe !
→ l’Univers fourmille de vie, mais pas d’intelligence
Et sur Terre ? …
Sommes-nous visités ? - 5
Solutions possibles au paradoxe de Fermi
3. Faible durée de vie des civilisations technologiques
• Darwin : les espèces les mieux adaptées survivent
• Dans un 1er temps, l’intelligence a été un facteur favorable à la survie de l’espèce humaine sur Terre
• Mais, à partir d’un certain stade, l’humain est devenu son propre ennemi, et de loin le plus dangereux
→ comment va jouer la sélection naturelle ?
→ extrapolation :
Les civilisations technologiques ne survivent pas suffisamment longtemps pour coloniser la Galaxie
Sommes-nous visités ? - 6
« Morale » de tout ceci :
Nous n’avons qu’une Terre et nous ne sommes probablement pas prêts d’en avoir d’autres
→ à nous d’en prendre bien soin
Fin du chapitre…
La vie dans l’Univers
• La vie : quoi et où ?
• Les exoplanètes
• Formation des systèmes planétaires
• Recherche d’intelligences
• Sommes-nous visités ?