Mini-projet

Auteur: JLB

Présentation

Ce projet va vous confronter au travail que les astrophysiciens effectuent pour étudier les planètes extra-solaires par la technique de l'imagerie directe.

Jupiter dans le proche infrarouge
aa20838-12-fig1.jpg
Image de β Pictoris b, prise dans les bandes J, H et M'. Vous pouvez remarquer que la magnitude de la planète (au bout de la flèche) varie en fonction de la longueur d'onde.

Pour ce faire, vous allez partir des contrastes photométriques obtenus pour une planète, déterminer les magnitudes de l'objet, et comparer ces caractéristiques à celles des naines brunes. Pourquoi les naines brunes ? Parce que ce sont de objets étudiés de façon similaire aux jeunes exoplanètes géantes et que l'on a beaucoup plus d'observations sur ces étoiles avortées.


Données

Les données qui suivent proviennent d'un article scientifique, et d'observations par imagerie directe coronographique. Le premier tableau donne des informations sur la date des observations, les filtres utilisés (ici J, H, et M') et le contraste entre l'objet et l'étoile, en magnitude.

Observations
Dates :FiltreContraste en magnitude
16/12/2011J10,4plusoumoins0,5
16/12/2011J10,5 plusoumoins 0,3
16/12/2011J10,8 plusoumoins 0,3
18/12/2011H9,9 plusoumoins 0,3
18/12/2011H10,2 plusoumoins 0,4
18/12/2011H9,9 plusoumoins 0,3
11/01/2012H10,1 plusoumoins 0,3
11/01/2012H10,0 plusoumoins 0,2
11/01/2012H9,9 plusoumoins 0,2
11/01/2012H10,0 plusoumoins 0,3
26/11/2012M'7,5 plusoumoins 0,3
26/11/2012M'7,5 plusoumoins0,3
26/11/2012M'7,6 plusoumoins 0,3
26/11/2012M'7,8 plusoumoins 0,3

Le second tableau, extrait du même article, vous donne des informations sur les caractéristiques de l'étoile.

L'étoile
ParamètresValeur
Distance depuis la Terre (pc)19,44 plusoumoins 0,05
m_J3,524 plusoumoins 0,013
m_H3,491 plusoumoins 0,009
m_Ks3,451 plusoumoins 0,009
m_L'3,454 plusoumoins 0,003
m_M'3,458 plusoumoins 0,009
Type spectralA6V
Température efficace (K)[8052, 8036]
Luminosité : \log_{10}(L/L_{\odot})0,91 plusoumoins 0,01
Masse (en masse solaire)1,70 plusoumoins 0,05

Une base de données contenant des informations sur les naines brunes est disponible ici : DwarfArchives


Travail à effectuer

  1. Calculer les magnitudes apparentes et absolues de la planète.
  2. Comparer la température de l'étoile et de la planète par rapport à la répartition des magnitudes en longueur d'onde.
  3. Construire des diagrammes couleur-magnitude pour comparer la planète avec les naines brunes.

Question subsidiaire : Quel type de naine brune est le plus proche de ces observations?


Magnitudes de la planète

Les observations présentées ici consistent en des contrastes entre la planète et l'étoile. Il vous faut donc utiliser les magnitudes de l'étoile et la distance nous séparant du système pour déterminer les magnitudes de la planète.


Liens entre températures et magnitudes

Pour comparer la température de l'étoile et la planète il est préférable d'utiliser les flux émis par ces deux corps.


Diagramme couleur-magnitude

La table suivante réunit des informations sur les naines brunes connues.

Couleur magnitude naines brunes application.png

Construire un diagramme magnitude - couleur des naines brunes en utilisant l'application et en choisissant judicieusement les bandes spectrales. Placer la planète dans la diagramme.


Comparaison exoplanète-naines brunes

En comparant les types spectraux (L, T) des naines brunes et leur position dans le diagramme, conclure sur le type spectral de la planète.


Un exemple de résultat

Référez vous à l'article de Mickael Bonnefoy et collaborateur dans Astronomy & Astrophysics en 2013 pour une étude détaillée de ce qui est demandé ici.