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Exoplanètes

A l'instar du Soleil avec son cortège de huit planètes, une grande majorité des étoiles qui composent notre galaxie, la Voie Lactée, sont elles aussi accompagnées de planètes. Comme elles ne font pas partie du Système solaire, elles sont appelées planètes extrasolaires, ou exoplanètes. Si les astronomes estiment aujourd’hui qu’elles sont au moins aussi nombreuses que les étoiles, elles n’ont été détectées qu’au milieu des années 1990, grâce aux fulgurants développements technologiques et à la persévérance d'astrophysiciens passionnés. Pour la première fois dans l'histoire de l'humanité, le débat philosophique sur l'habitabilité d'autres systèmes planétaires devient une question scientifique.

Qu'est-ce-que c'est ?

L’observation d’un ciel nocturne sans lune et loin de toute lumière parasite impressionne par le nombre d’étoiles qui s’offre au regard du spectateur. Toutes ces étoiles sont regroupées au sein d’une seule galaxie, notre Voie lactée, dans laquelle le Soleil est une étoile parmi quelques 200 milliards d’autres. Autour de notre Soleil tournent des planètes comme la Terre, Mars ou Jupiter. De telles planètes existent-elles autour d’autres étoiles ? C’est en 1995 que la première de ces “exoplanètes” (ou “planètes extrasolaires”) est détectée dans un système similaire au notre, autour de l’étoile 51 de la constellation de Pégase. Cette exoplanète, 51 Peg b, est une géante gazeuse, comparable à Jupiter. Rien de nouveau, alors ?... sauf que 51 Peg b effectue un tour complet autour de son étoile en seulement 4 jours, ce à quoi personne n’aurait pu s’attendre ! Depuis cette découverte, près de 1800 exoplanètes d’une très grande diversité ont été mises au jour par différentes méthodes d’observation. Ces techniques sont complémentaires : certaines permettent de détecter des planètes plus ou moins proches de leur étoile, plus ou moins massives, d’autres permettent d’obtenir des informations sur la composition des atmosphères de planètes gazeuses. D’autres techniques enfin parviennent à découvrir des planètes dont les caractéristiques se rapprochent de plus en plus de celles de notre Terre, telle Kepler-186f tout récemment découverte.

Comment les étudie-t-on ?

Peut-on voir les exoplanètes avec un télescope ? La principale difficulté est qu’une planète est extrêmement proche de son étoile, et infiniment moins brillante. Les premières détections ont été faites par des méthodes non photographiques. La première planète a été détectée par la méthode des vitesses radiales, qui consiste à mesurer le mouvement de va-et-vient de l’étoile dû à la présence d’une exoplanète. La technique des microlentilles gravitationnelles permet la détection de planètes de très faible masse. L’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) joue un rôle majeur dans ce type de recherche, qui consiste à mesurer l’augmentation apparente de l’éclat d’une étoile lorsqu’elle se trouve alignée avec une étoile d’arrière-plan, selon un effet de relativité générale établi par Einstein. Le Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (LESIA) est fortement impliqué dans l’imagerie directe, qui consiste à faire une image d’une exoplanète, en particulier quand elles sont jeunes et brillantes. La technique des transits, qui permet de mesurer la diminution de lumière quand une planète passe devant son étoile, a aussi conduit à de nombreuses découvertes, en particulier grâce aux satellites Corot et Kepler. Il existe beaucoup d’autres techniques, comme à l’Unité Scientifique de Nançay (USN) où les astronomes cherchent avec les radiotélescopes l’émission liée aux champs magnétiques intenses des planètes géantes.

Qu’est-ce qui les différencie de la Terre ?

La Terre jouit d’une situation assez exceptionnelle, étant située ni trop loin ni trop proche du Soleil. Sa température moyenne est suffisamment clémente pour que l’eau puisse exister à l’état liquide sur presque toute la surface du globe, avec un climat régulé par les océans. Mais seule une très faible fraction des exoplanètes détectées à ce jour ressemble un peu à la Terre. Les autres sont des mondes parfois très exotiques qui ne renvoient à rien de connu dans le Système solaire. Les planètes appelées jupiters chauds sont des géantes gazeuses composées d’hydrogène et d’hélium, si proche de leur étoile (moins de la distance Soleil-Mercure, planète la plus proche du Soleil) qu’on pense qu’elles ont dû échapper de justesse au destin tragique d’être englouties par leur étoile. Parmi les autres planètes géantes, on trouve des planètes qui ont plus de dix fois la masse de Jupiter. Leur existence même était inimaginable ne serait-ce qu’il y a quelques années ! Pour les planètes de plus faible masse, les observations ont montré que des planètes de même masse peuvent révéler des natures très différentes. Par exemple, les planètes de quelques fois la masse de la Terre peuvent être des super-terres, sortes de cousines de la Terre, rocheuses mais très massives, ou bien des mini-neptunes, planètes composées d’une atmosphère dense d’hydrogène et d’hélium, et d’une partie solide dominée par des glaces. Les exoplanètes nous révèlent un éventail insoupçonné de types planétaires !

Y en a-t-il beaucoup ?

L’idée de l’existence d’une multitude d’autres mondes fait partie de l’imaginaire collectif depuis que l’Homme a appris qu’il n’était plus au centre de l’Univers. Pourtant, il y a tout juste vingt ans, on ne connaissait aucune planète en-dehors du Système solaire. Le catalogue des détections, fort de près de 1800 entrées nous apprend que les planètes géantes représentent environ un tiers des découvertes. En réalité, cette proportion ne correspond pas à leur abondance réelle, car elles sont bien plus faciles à détecter que les plus petites. Afin de connaître les abondances relatives des planètes en fonction de leur masse, il faut prendre en compte la sensibilité des méthodes de détection. On s’aperçoit alors que les petites planètes sont bien plus nombreuses que les géantes. Les données actuelles montrent même que les super-Terres (planètes deux à dix fois plus massives que la Terre) sont peut-être les planètes les plus abondantes, alors qu’elles n’existent pas dans notre Système solaire ! Et les planètes comme la Terre ? À cause de la très grande difficulté pour les détecter, on ne connaît pas à ce jour leur abondance exacte, mais il n’est pas exclu qu’elles soient encore plus fréquentes que les super-Terres. Les dernières études statistiques nous apprennent aussi qu’en moyenne, chaque étoile de notre Voie lactée est entourée d’au moins une planète. Ce sont de très bonnes raisons pour espérer qu’ailleurs dans l’Univers, la vie ait peut-être également éclos.