Suisse

Michel Mayor

Prix Balzan 2000 pour l'instrumentation et les techniques en astronomie et en astrophysique

Pour l'importance de ses recherches qui ont permis de découvrir la première planète en orbite autour d'une étoile autre que le soleil.

Né en 1942, professeur d’astronomie, Université de Genève, directeur de l’Observatoire de Genève, le professeur Mayor a travaillé pendant de nombreuses années à la mise au point d’un spectrographe pour mesurer la vitesse radiale des étoiles. Grâce à cet instrument et à ses améliorations successives, Michel Mayor a réussi à atteindre une précision extraordinaire de quelques mètres par seconde, ce qui a conduit, en 1995, à la découverte – par lui-même et par son doctorant Didier Queloz (*) – de la première planète hors de notre système solaire.

Le professeur Mayor a travaillé pendant de nombreuses années à la mise au point d’un spectrographe pour mesurer la vitesse radiale des étoiles. Grâce à cet instrument et à ses améliorations successives, Michel Mayor a réussi à atteindre une précision extraordinaire de quelques mètres par seconde, ce qui a conduit, en 1995, à la découverte – par lui-même et par son doctorant Didier Queloz (*) – de la première planète hors de notre système solaire.La découverte d’une planète autour de l’étoile 51 de la constellation de Pégase est le fruit du long et patient développement des techniques d’observation astronomique visant à mesurer avec précision les vitesses stellaires. Pendant plus de vingt ans, le professeur Mayor et ses collaborateurs n’ont cessé d’affiner la technique de spectroscopie Doppler dite par « corrélation croisée », faisant ainsi apparaître des composantes optiquement visibles des vitesses stellaires. Un premier instrument appelé « CORAVEL », dont les applications à la cinématique stellaire et galactique furent innombrables, permit à Michel Mayor de publier une étude sur les propriétés des étoiles doubles dans le voisinage du soleil (**). Cette étude, devenue la référence de base, décrit les propriétés orbitales des étoiles doubles dont la composante ayant la plus grande masse est similaire au soleil.
Cette étude révélait déjà l’existence de corps en orbite autour des étoiles. Ces corps ont des masses égales à environ dix fois la masse de Jupiter (la planète la plus lourde de notre système solaire) – ce sont les hypothétiques « naines brunes ». Un objet de masse équivalent à onze fois celle de Jupiter fut découvert en collaboration avec des chercheurs de Harvard: la voie était ouverte pour la recherche de compagnons ayant une masse encore plus faible – les planètes géantes.

Au début des années 1990 un nouvel instrument de spectroscopie Doppler fut conçu et développé par le professeur Mayor en collaboration avec des instrumentalistes de l’Observatoire de Haute-Provence. Avec le spectrographe « ELODIE » la précision s’améliora d’un facteur 20, ce qui permit de détecter des variations des vitesses stellaires de quelques mètres par seconde. L’ énorme contraste entre la luminosité des étoiles et celle des planètes (environ 1 milliard pour le contraste entre le Soleil et Jupiter) combiné à la petite distance angulaire de ces corps n’a cependant pas encore permis une image de planète extrasolaire.

La voie choisie par Michel Mayor pour détecter les hypothétiques planètes fut alors celle de la détection indirecte: les perturbations induites par la planète dans le mouvement de l’étoile. C’est cette voie qui allait conduire à la découverte de la première planète extrasolaire. Dans les mois qui suivirent la découverte de la planète appelée 51 Peg b, d’autres nouvelles planètes furent découvertes par divers groupes de chercheurs utilisant des techniques voisines. La preuve finale que les variations de vitesses observées sont dues à des perturbations causées par une planète en orbite, a été fournie cette année, lorsqu’on a pu constater la variation de l’intensité lumineuse d’une étoile, au passage d’une planète devant elle (***).

La découverte d’une planète autour de l’étoile 51 Pegase non seulement apporte la preuve de l’existence de planètes extrasolaires, mais oblige en outre les astronomes à remettre en question les scénarios – actuellement adoptés – de la formation des systèmes planétaires, et du nôtre en particulier. La découverte de 51 Peg b avec ses caractéristiques inattendues (masse < 0.45 masse de Jupiter, période orbitale = 4.2 jours, demi-grand axe orbital de 0.05 UA) a aussitôt stimulé la recherche de mécanismes susceptibles d’expliquer une orbite de rayon aussi faible.
Au début de l’année, près de trente planètes extrasolaires avaient été découvertes, dont un tiers par le groupe du professeur Mayor. Le cas particulier de la planète 51 Peg b constitue le prototype d’une classe de planètes, les « Jupiters chauds », des planètes ayant toutes des orbites de courte période et des demi-grands axes inférieurs à 0.1 UA. La découverte de la première planète extrasolaire s’inscrira donc dans l’Histoire de l’Astronomie.

(*) A Jupiter-mass companion to a solar-type star. M. Mayor, D. Queloz, Nature 378, 355-359, 1995

(**) Nombreux articles de Mayor et de ses collaborateurs publiés dans Astronomy and Astrophysics et Astronomy and Astrophysics Supplement

(***) Detection of Planetary Transits Across a Sun-like Star. D. Charbonneau, T.M. Brown, D.W. Latham, M. Mayor, Astrophysical Journal 529, Letter p. 45-48, 2000