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Gaia et les transits planétaires

13/02/2017. Au cours des cinq années de sa mission nominale, Gaia va observer 70 fois en moyenne plus d’un milliard d’objets. La loi de balayage du ciel de Gaia a été optimisée pour obtenir les données astrométriques les plus précises possible. Cependant, même si elle n’est pas optimale pour la détection des transits de planètes extra-solaires, Gaia les enregistrera automatiquement.

Lorsqu’un système étoile-exoplanète est vu (presque) exactement par la tranche (inclinaison de l’orbite presqu’exactement 90°), la planète va passer entre l’observateur et l’étoile, et la luminosité de l’étoile va baisser très légèrement. C’est ce qui est appelé un transit planétaire. De très nombreuses exoplanètes ont été découvertes par cette méthode (2712 planètes appartenant à 2033 systèmes sur les 3576 planètes dans 2686 systèmes découvertes au 13 février 2017, d’après The Extrasolar Planets Encyclopaedia).


Figure 1 : Baisse de luminosité d’une étoile due au transit d’une planète (© Hans-Jörg Deeg, Instituto de Astrophysica de Canarias).

Un test a été fait sur deux exemples de planètes à transit connues : WASP-19b, de période 0.79 jour (voir Figure 2) et WASP-98b (voir Figure 3), de période 2.96 jours, et des profondeurs de transit respectives de 0.022 et 0.028 magnitudes.


Figure 2 : Observations Gaia de WASP-19b dans les bandes RP, G et BP. Les courbes de lumière ont été repliées en utilisant la période orbitale connue. Les lignes verticales en tirets indiquent les époques de début et de fin du transit planétaire. © ESA/Gaia/DPAC/CU7.

Le premier exemple, WASP-19b, est une planète détectée en 2009 par Hebb et al. (ApJ, 708, 224). Sa période orbitale est de 0,7888400 +/- 3x10-7 jours, la durée du transit est de 0,066 jours et sa profondeur 0,022 magnitude. Pendant sa première année, Gaia a seulement observé 24 fois cette étoile et son exoplanète. Il se trouve que l’une de ces observations s’est produite pendant un transit. Ce transit est bien visible sur la Figure 2 où sont montrées les trois courbes de lumière Gaia repliées selon la période connue : dans le spectrophotomètre rouge, RP, dans la bande G, et dans le spectrophotomètre bleu, BP. Les lignes verticales en tirets indiquent les époques début et de fin du transit. La mesure effectuée pendant le transit est en effet de 0,02 de magnitude plus faible que les autres observations, en accord avec les caractéristiques connues de ce transit.


Figure 3 : Observations Gaia de WASP-98b dans les bandes RP, G et BP. Les courbes de lumière ont été repliées en utilisant la période orbitale connue. Les lignes verticales en tirets indiquent les époques de début et de fin du transit planétaire. © ESA/Gaia/DPAC/CU7.

Le second exemple est WASP-98b, détectée par Hellier et al. en 2013 (MNRAS, 440, 1982). Sa période est de 2.962640 +/- 1.3x10-6 jours, la durée du transit est de 0.079 jours et sa profondeur de 0.028 magnitude. L’une des 20 observations Gaia a été effectuée pendant un transit et, ici aussi, cette diminution de la luminosité est bien visible dans les observations Gaia montrées sur la Figure 3, avec les mêmes conventions que pour la Figure 2.

Les variations lumineuses dues au transit d’une exoplanète sont connues pour être achromatiques : la diminution de lumière doit être la même quelle que soit la longueur d’onde des observations. Dans les deux exemples présentés ici, c’est en effet bien le cas : la diminution de lumière est semblable, de l’ordre de 0,02 magnitude, dans les trois bandes d’observation Gaia, RP, G et BP.

Crédits : ESA/Gaia/DPAC/CU7/TAU, Shay Zucker (Université de Tel Aviv), Leanne P. Guy (Université de Genève), Laurent Eyer (Université de Genève) et l’ensemble de la CU7.

Plus de détails en anglais sur la "Gaia image of the week" du 9 février 2017 et sur une page dédiée à la détection d’exoplanètes par Gaia, par astrométrie et photométrie.