La fabuleuse quête des exoplanètes

L’Homme ne peut s’empêcher de scruter le ciel. Il a cet éternel espoir d’apercevoir quelque chose ou quelqu’un. La pluralité des mondes est une théorie avancée depuis l’Antiquité. Pendant des siècles, la science ne put pourtant rien démontrer. Mais un jour d’octobre 1995, la découverte d’une planète extrasolaire vint redessiner les cartes de l’Univers. Plus de 4 000 trouvailles s’y sont depuis ajoutées. Certaines sont étranges, d’autres de vrais enfers. Quelques-unes attirent l’attention en raison de la ressemblance qu’elles partagent avec la Terre. Cette grande aventure s’accélère grâce à des outils d’observation qui ne cessent de s’améliorer. La fabuleuse quête des exoplanètes ne fait que commencer.

La fabuleuse quête des exoplanètes - Le blog du hérisson
Vue d’artiste de 51 Pegasi B ©ESO-M. Kornmesser-Nick Risinger

51 Pegasi B, première exoplanète détectée

Florence, le 6 octobre 1995. Michel Mayor et Didier Queloz, deux astrophysiciens suisses, font face à un parterre de journalistes. Ils s’apprêtent à révéler la plus grande découverte astronomique depuis Copernic et son principe de l’héliocentrisme. Quelques mois plus tôt, ils ont repéré une planète depuis l’observatoire de Haute-Provence. Seulement, 51 Pegasi B, renommée depuis Diminium, a une particularité : elle est située à 40 années-lumière hors de notre système solaire.

Au départ, cette annonce fait tiquer. Le concept d’exoplanète attise depuis quelques décennies les moqueries de la communauté scientifique. La faute à plusieurs « fausses alertes » annoncées dans la seconde moitié du XXème siècle. L’exobiologie, vaste domaine d’étude sur les phénomènes liés au développement de la vie dans l’Univers, est marginalisé. Plus de vingt ans après (en 2019), Mayor et Queloz se verront récompensés d’un prix Nobel de physique pour leur contribution à l’astrophysique.

Au moment de ses recherches, Didier Queloz ne s’attend pas à détecter la première exoplanète de l’histoire. Il se concentrait plutôt sur un type d’astre particulier appelé naine brune. Devant ce résultat, l’astrophysicien croit d’abord à une défaillance d’appareil. Si bien qu’il garde le secret pendant plusieurs mois, par peur de se couvrir de ridicule !

Ce que 51 Pegasi B a changé dans la perception de l’Univers

La surprise passée, les télescopes du monde entier se braquent sur 51 Pegasi B, et le consensus à lieu quelque temps plus tard. L’exoplanète est bel et bien réelle, en orbite autour de 51 Pegasi, une étoile similaire à notre Soleil. De nombreuses études débutent les mois suivants.

Que sait-on de Diminium ? Comme Jupiter, c’est une planète gazeuse. Composée essentiellement d’hydrogène et d’hélium, deux éléments chimiques légers, elle est peu dense. Elle est si proche de son étoile que sa révolution s’effectue en seulement 4,2 jours ! Autant de caractéristiques qui bouleversent les fondements de l’astrophysique sur la perception de l’Univers.

Car à l’époque, les théories sont uniquement basées sur l’unique modèle que l’on connaît, à savoir notre système solaire. Impensable qu’une planète de gaz soit à proximité de son étoile. Encore moins qu’elle effectue une révolution inférieure à dix ans. Le monde scientifique n’est qu’au début de ses découvertes. Pas moins de 400 congénères de Diminium sont découvertes la décennie qui suit. Puis le lancement, en 2009, du télescope spatial Kepler multiplie leur nombre par dix. Elles sont maintenant plus de 4 000.

À quoi ressemble une exoplanète ?

Malgré cette grande diversité, les astrophysiciens parviennent à classer les exoplanètes en deux catégories.

• Les planètes gazeuses

À l’instar de Jupiter, Saturne ou Neptune, les planètes gazeuses sont volumineuses, souvent de dix à plusieurs centaines de fois la grandeur de la Terre. Uniquement composées de gaz, elles ne disposent pas de croûte solide. Autrement dit, il n’est pas possible d’y poser les pieds, car elles n’ont pas de sol ! Parmi les gazeuses sont répertoriées les « joviennes » et les « neptuniennes ».

L’atmosphère des joviennes est principalement composée d’hydrogène et d’hélium. De leur côté, les neptuniennes sont des géantes de glace, constituées d’eau, de méthane et d’ammoniac.

• Les planètes telluriques ou rocheuses

Plus modestes, les planètes telluriques sont difficiles à détecter. Cependant, certaines sont jusqu’à dix fois plus massives que la Terre. On les appelle les « super-terres » Les exobiologistes s’attardent particulièrement sur ce type d’astres, qui pourraient bien accueillir la vie. À condition d’être situés dans une « zone habitable », ni trop près ni trop loin de son étoile, et d’avoir de l’eau liquide…

Les telluriques nous offrent des mondes d’une incroyable diversité. Certaines sont si proches de leur étoile qu’elles sont d’authentiques planètes de lave. D’autres sont si loin qu’elles forment un désert de glace. Les « exotiques » laissent frémir notre imagination. Difficile d’envisager autre chose que le paradis sur Gliese 667 Cc, lorsque ses trois « soleils » se couchent. La tentation de remplir nos poches de diamants serait immense sur 55 Cancri e : son sol en est recouvert.

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Vue d’artiste de Gliese 667 ©L. Calcada – ESA

Comment sommes-nous en mesure de glaner ses informations en provenance d’endroits, parfois situés à des milliers d’années-lumière de notre planète ?

Comment repère-t-on une exoplanète ?

Aucun télescope n’est pour le moment capable de prendre des clichés précis d’exoplanètes de taille « terrestre ». Si on observait notre système solaire depuis une galaxie lointaine, nous ne verrions que Jupiter et Saturne !

Néanmoins, plusieurs méthodes permettent de repérer une exoplanète, même microscopique.

• La vitesse radiale

En 1995, Didier Queloz met au point un logiciel qui calcule la vitesse radiale d’une étoile. Le principe est simple : tous les astres gravitent dans l’Univers. Par exemple, la Lune tourne autour de la Terre, qui se déplace autour du Soleil. Notre système solaire est en mouvement dans la Voie Lactée, qui lui aussi se promène dans l’Univers, à 2.3 millions de km/h… Mais une étoile voit sa course ralentie dès lors qu’un objet spatial l’accompagne. Plus celui-ci est massif, plus il exerce une force importante qui change le mouvement gravitationnel. C’est cette altération qui a alerté Michel Mayor.

• Le transit

Le transit repère la légère baisse de luminosité remarquée dans le champ d’observation d’une étoile. Quelquefois, une planète en est la cause. Elle révèle dans ce cas de précieuses informations sur son orbite, sa taille et sa masse. Patience et chance sont cependant les bienvenues : certains astres mettent des dizaines d’années avant de passer devant leur étoile.

Deux autres moyens s’emploient plus rarement. Une vingtaine d’exoplanètes ont été repérées grâce à la lumière qu’une étoile réfléchie dans leur l’atmosphère. Enfin, la coronographie consiste à supprimer, à l’aide d’un instrument, la lumière d’une étoile. À la manière de la Lune lors d’une éclipse totale, la lumière restante permet de distinguer d’éventuelles planètes. Les avancées technologiques promettent de développer ces techniques pour l’instant peu utilisées.

La prochaine étape : trouver une forme de vie

De nouvelles générations de télescopes s’apprêtent à ébranler la recherche spatiale. Au sol ou à 700 km de la Terre, ils s’apprêtent à prendre la relève de Kepler, à la retraite depuis 2018. Plus grands, plus précis, spécialisés dans les recherches de super-terres ou super analyseurs d’atmosphères, ils promettent de nous enseigner d’innombrables données supplémentaires.

Devant une telle diversité de mondes, la question ne se pose déjà plus. Il doit y avoir de la vie quelque part. Peut-être bien qu’elle existe sur l’une des six milliards de planètes rocheuses estimées de notre galaxie. L’Homme se dresse devant un nouveau défi compliqué, mais passionnant : prouver que la vie terrestre n’est pas un accident.

Laurent Mazué

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