Nous savons que la Terre est la seule planète habitée du système solaire. Le Soleil étant une étoile comme les autres, la question renvoie à celle de l’existence d’exoplanètes, c’est-à-dire de planètes orbitant autour des autres étoiles de l’univers. Depuis 1995, il en a été trouvé plus de 300. Embarquons pour un voyage exoplanétaire.
À l’été 2007, Christian Marois de l’Institut Herzberg d’astrophysique à Victoria, a eu la surprise de sa jeune carrière. Il pouvait voir sur son écran deux exoplanètes autour de l’étoile HR8799. « J’étais excité et en même temps perplexe », raconte-il. Et d’ajouter : « Avant de publier une découverte, il faut s’assurer de sa validité. » C’est l’attitude scientifique, celle du doute appliqué à soi même : « La vérification a porté sur les propriétés physiques et dynamiques des astres. Cela a demandé d’autres observations et la découverte d’une troisième exoplanète autour de la même étoile ! »
Les observations du scientifique britanno-colombien et de son équipe ont été publiées en novembre 2008. Des photos et une analyse du système exoplanètaire HR8799 bcd qui ont révélé que les planètes gazeuses b, c et d ont des masses très supérieures à Jupiter et sont respectivement à une distance de 69, 35 et 24 UA* de l’étoile HR8799.
L’imagerie des exoplanètes est un art difficile. Les étoiles sont à des millions d’UA de la Terre. Ainsi, vues d’ici, une étoile et son exoplanète semblent confondues. De plus, une exoplanète a une luminosité très faible par rapport à une étoile, qui est très éblouissante. Il faut un télescope équipé d’une optique adaptative pour séparer les deux images, étoile et exoplanète. Pour lutter contre l’éblouissement des étoiles, Christian Marois a élaboré « l’imagerie angulaire différentielle », présentée en 2005 dans sa thèse de doctorat.
Mais quelles étoiles pointer parmi les milliards accrochées au ciel ? « Nous en avons sélectionné environ 80 situées à une centaine d’années-lumières, jeunes et de grandes masses. On pensait trouver ainsi des exoplanètes encore chaudes et massives, donc assez lumineuses ; éloignées de l’étoile, donc moins éblouies. Ce sont les étoiles de la famille HR », explique Christian Marois. Parmi celles-ci, l’étoile 8799 présentait un excès de rayonnement infrarouge, sans doute des débris de fabrication d’exoplanètes. »
Déductions fructueuses qui ont conduit aux premières photos d’un système exoplanétaire. S’appuyant sur une intuition et des éléments objectifs, il espère observer, cet été, une quatrième exoplanète autour de HR8799, à environ 12 UA, à la limite de sa méthode.
La vision des astronomes bousculée
En 1995, deux astronomes suisses, Michel Mayor et Didier Queloz, annoncent la première détection d’une exoplanète autour de l’étoile 51 Pegasi. Ils ont mis au point une méthode indirecte de détection, en analysant la perturbation de la vitesse d’une étoile, provoquée par la révolution orbitale d’une exoplanète autour de celle-ci. Avec cette méthode, on détecte des exoplanètes de masses très supérieures à celle de la Terre et proches à celle de l’étoile, car elles seules entraînent une perturbation mesurable. Puis on détermine la période orbitale de l’exoplanète, sa distance à l’étoile et une évaluation de sa masse. À ce jour, il a été identifié plus de 250 exoplanètes par cette méthode.
Pour l’observateur terrestre, lorsqu’une exoplanète passe devant son étoile, elle en cache une partie et en diminue ainsi l’éclat. Des instruments au sol ou sur des satellites mesurent la durée et l’ampleur de cette diminution, si l’exoplanète est assez proche de son étoile. De là, on en déduit sa présence. C’est la méthode du transit planétaire, autre méthode indirecte. Grâce à celle-ci, une équipe de l’Observatoire de Paris a détecté, en février 2009, sur le satellite CoRot, la plus petite des exoplanètes, à 0,017 UA de son étoile.
Les astronomes pensaient que les systèmes exoplanétaires ressemblaient au système solaire : exoplanètes telluriques, comme la Terre ou Mars, près de l’étoile et, plus loin, les planètes géantes et gazeuses, comme Jupiter ou Neptune. La détection d’exoplanètes géantes et gazeuses, très proches de leurs étoiles, a bousculé cette vision et renouvelé les théories de la formation des systèmes planétaires. À ce jour, on estime que 5 % des étoiles comptent au moins une exoplanète. Ce pourcentage augmentera avec l’amélioration de la détection d’exoplanètes moins massives et plus éloignées de leurs étoiles.
Les conditions d’une vie biologique sur les exoplanètes telluriques sont multiples. Il faut la présence d’un liquide, comme l’eau, dont la température est maintenue entre 0 °C et 100 °C, de façon permanente, grâce au rayonnement d’une étoile. L’exoplanète doit être assez massive pour empêcher l’eau de s’échapper, mais pas trop, sinon l’eau est retenue dans les couches profondes. Des exoplanètes pesant de une à quelques masses terrestres et situées entre 0,2 et 1,5 UA de leur étoile** semblent offrir les conditions optimales.
À ce jour, on n’a pas encore repéré d’exoplanètes telluriques. Beaucoup d’équipes s’y emploient. La prochaine étape de cette recherche de signes de vie, c’est la découverte d’exoplanètes de type terrestre dans la zone d’habitabilité d’une étoile, par une méthode directe. Seule celle-ci permettra l’analyse de l’atmosphère, puis la production d’images d’océans et de continents. Des projets de très grands télescopes au sol et dans l’espace sont sur les planches à dessin.
Daniel Hubert
*Une UA est égale à la distance Soleil-Terre.
**Distances délimitant la zone d’habitabilité d’une étoile.
