Le prix Nobel de physique 2019 revient aux découvreurs de la première exoplanète et au père de la Cosmologie

Le Prix Nobel de physique 2019 a été attribué conjointement à James Peebles «pour ses découvertes théoriques en cosmologie physique» et à Michel Mayor et Didier Queloz «pour la découverte d’une exoplanète en orbite autour d’une étoile de type solaire» selon le communiqué officiel.

Image officielle annonçant les 3 lauréats du prix Nobel de physique 2019 (crédit nobelprize.org)

Pour l’académie des Nobel, leurs découvertes ont changé à jamais nos conceptions du monde et contribué à répondre à des questions fondamentales : Que s’est-il passé  au commencement de l’univers et que s’est-il passé ensuite ? Pourrait-il y avoir d’autres planètes, gravitant autour d’autres soleils ?

Peebles, le père de la Cosmologie

James Peebles, 84 ans, a obtenu son doctorat en 1962 à l’Université de Princeton (USA). Il est considéré comme le père de la cosmologie.

Il a joué un rôle central dans la compréhension de l’évolution et de la structure de l’univers. Ses études sur l’évolution de la matière dans les premiers moments de l’univers ont été déterminantes pour l’établissement de la théorie du Big Bang en tant qu’hypothèse largement acceptée.

Il a aussi prédit le fond diffus de l’Univers, le rayonnement qui baignait l’Univers primordial. Ce rayonnement fossile a été confirmé ensuite par des observations par des télescopes spatiaux comme Planck.

Le fond cosmique en mircoondes (CMB – Cosmic microwave background) observé par le télescope spatial Planck. Le CMB est un instantané de la plus ancienne lumière de notre univers, imprimée dans le ciel alors que l’Univers n’avait que 380 000 ans. Il présente de minuscules fluctuations de température qui correspondent à des régions de densités légèrement différentes, représentant les germes de toutes les structures futures: les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui (crédit ESA)

 

Son premier livre, Physical Cosmology (1971), a inspiré toute une nouvelle génération de physiciens à contribuer au développement du sujet, non seulement par le biais de considérations théoriques, mais également par des observations et des mesures.

Les découvertes de Peebles ont permis de mieux comprendre notre environnement cosmique, dans lequel la matière connue ne représente que 5% de toute la matière et de l’énergie contenues dans l’univers. Les 95% restants nous sont cachés. On l’appelle la matière noire (Dark Matter). C’est la grande quête de la physique moderne.

Illustration de l’Académie des Sciences suédoise pour le prix Nobel de physique 2019 attribué à James Peebles

James Peebles a un astéroïde à son nom : le 18242.

 

Michel Mayor et Didier Queloz, les découvreurs d’exoplanètes

En 1995, Michel Mayor et Didier Queloz découvrent pour la première fois une planète extérieure à notre système solaire, une exoplanète, tournant autour d’une étoile similaire à notre Soleil : 51 Pegasi.

Pour information, les premières exoplanètes ont été découvertes en 1992 mais elles orbitent autour d’étoiles à neutrons, et non autour d’étoiles similaires à notre Soleil.

Michel Mayor, 77 ans est Suisse et est professeur à l’Université de Genève, en Suisse. Il y a eu son doctorat en 1971. Didier Queloz, 53 ans, est professeur à l’Université de Genève et à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni. Il a eu son doctorat en 1995 à l’Université de Genève.

Leur découverte a été effectuée depuis l’Observatoire de Haute-Provence, grâce à l’instrument Elodie, alors unique au monde et installé sur le télescope de 193 cm de diamètre. Elodie a été construit pour mesurer la vitesse radiale des étoiles, c’est-à-dire leur vitesse par rapport à la Terre.

Didier Queloz et Michel Mayor prenant la pose devant le télescope de 3,6 mètres de l’ESO, à l’observatoire de La Silla, au Chili. Les deux astronomes suisses ont reçu en 2011 le prix BBVA Foundation Frontiers of Knowledge pour leur travail révolutionnaire sur les exoplanètes (crédit L. WEINSTEIN/CIEL ET ESPACE PHOTOS/ESO)

Cette découverte est l’aboutissement de travaux entamés dans les années 1970. Mayor s’intéresse alors aux variations fines de vitesse des étoiles, leur mouvement. L’objectif : chercher des naines brunes, étoiles « ratées » de masse insuffisante pour démarrer ou maintenir les réactions de fusion nucléaire. En arrière-pensée : apporter la preuve de l’existence d’autres systèmes planétaires [source]

La découverte est effectuée selon la méthode des vitesses radiales, ou la détection du mouvement d’une étoile en observant l’effet Doppler sur la lumière qui nous en provient

Effet Doppler sur la lumière provenant d’une étoile perturbée par une planète. La lumière est décalée vers le bleu (courtes longueurs d’onde) lorsque l’étoile se rapproche de nous, et vers le rouge quand elle s’éloigne. La courbe en haut à droite donne la courbe de vitesse radiale de l’étoile que l’on peut déduire de son décalage Doppler (Crédit : Observatoire de Paris/ASM Emmanuel Pécontal)

Leur découverte a engendré la fabrication de plusieurs télescopes spatiaux pour la découverte de nouvelles exoplanètes dans un système solaire similaire au notre, et la caractérisation de leur atmosphère. En effet, pour ce dernier point, il vaut mieux s’affranchir de l’atmosphère terrestre. Ainsi le télescope spatial Kepler de la NASA a trouvé environ les deux tiers des 4000 exoplanètes connues à ce jour pendant ses 8 ans de fonctionnement. Toutes les découvertes sont généralement confirmées ensuite par des télescopes terrestres.

TESS actuellement en fonctionnement depuis plus d’un an, cherche à trouver des planètes suffisamment proches pour être étudiées en profondeur par d’autres instruments. Le télescope spatial James Webb devrait également faire partie de la découverte de nouvelles exoplanètes, cette fois-ci en infrarouge. mais pour l’instant son lancement est encore retardé jusqu’en mars 2021.

Illustration d’artiste du télescope spatial TESS en opérations (credit NASA’s Goddard Space Flight Center)

D’ici la fin de l’année, c’est le télescope spatial européen CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) qui va prendre son envol et aller à la découverte de nouvelles « terres » lointaines. A découvrir dans un prochain article !

Pour compléter :

Source principale de l’article : New perspectives on our place in the universe

Le nouveau lauréat Michel Mayor était en tournée de conférences en Espagne quand il a appris la nouvelle de son Prix Nobel de Physique. Michel Mayor à la cafétéria de l’aéroport de Saint-Sebastian regarde tous les messages qui affluent !

 

Infographie célébrant les 20 ans de la découverte de la première exoplanèteautour d’une étoile solaire, 51 Pegasi b (crédit NASA/JPL-Caltech)

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