Exoplanètes : comment trouve-t-on des mondes autour d'autres étoiles ?
En trois décennies, on est passé de zéro à plusieurs milliers de planètes connues autour d'autres étoiles. Comment les astronomes les repèrent-ils, et que cherchent-ils ?
Pendant des siècles, l'existence de planètes autour d'autres étoiles est restée une hypothèse. En 1995, les astronomes suisses Michel Mayor et Didier Queloz annoncent la découverte de 51 Pegasi b, la première exoplanète détectée autour d'une étoile semblable au Soleil. Cette découverte leur a valu le prix Nobel de physique en 2019. Depuis, plus de 5 000 exoplanètes ont été confirmées.
Pourquoi est-ce si difficile ?
Une planète ne produit pas de lumière : elle ne fait que réfléchir celle de son étoile, qui est des millions à des milliards de fois plus brillante. Vue de loin, elle se noie dans l'éblouissement. Les astronomes ont donc développé des méthodes indirectes, qui détectent l'effet de la planète sur son étoile.
La méthode des transits
Quand une planète passe devant son étoile, vue depuis la Terre, elle masque une petite partie de sa lumière. La luminosité de l'étoile baisse alors légèrement, à intervalles réguliers. La profondeur de cette baisse renseigne sur la taille de la planète, et l'intervalle entre deux passages donne la durée de son année.
Cette méthode a été au cœur de missions spatiales comme Kepler et TESS, qui ont surveillé des centaines de milliers d'étoiles. Elle ne fonctionne que si l'orbite est vue presque par la tranche, ce qui n'est le cas que d'une petite partie des systèmes.
La méthode des vitesses radiales
Une planète et son étoile tournent toutes deux autour de leur centre de gravité commun. L'étoile décrit donc un petit mouvement de va-et-vient. En analysant sa lumière, on mesure ce mouvement grâce à l'effet Doppler : la lumière se décale très légèrement vers le bleu quand l'étoile s'approche et vers le rouge quand elle s'éloigne. C'est ainsi que 51 Pegasi b a été découverte. Cette méthode permet d'estimer la masse minimale de la planète.
Combinées, les méthodes des transits et des vitesses radiales donnent la taille et la masse d'une planète, donc sa densité : on peut alors savoir si elle est plutôt rocheuse ou gazeuse.
Les autres méthodes
- L'imagerie directe : en masquant la lumière de l'étoile, de grands télescopes photographient des planètes jeunes, massives et éloignées de leur étoile.
- Les microlentilles gravitationnelles : la gravité d'une étoile et de sa planète amplifie brièvement la lumière d'un astre situé derrière.
- L'astrométrie : la mesure très précise de la position d'une étoile révèle le mouvement causé par ses planètes.
Une diversité inattendue
Les exoplanètes ont bousculé les modèles. On a découvert des « Jupiter chauds », géantes gazeuses qui tournent en quelques jours tout près de leur étoile, des « super-Terres » et des « mini-Neptune », plus grosses que la Terre mais plus petites que Neptune, un type de planète absent de notre système solaire. Certains systèmes comptent plusieurs planètes serrées sur des orbites très proches.
La zone habitable
La zone habitable désigne la région autour d'une étoile où une planète pourrait avoir de l'eau liquide à sa surface, ni trop près ni trop loin. Elle dépend de la température de l'étoile. Être dans cette zone ne suffit pas pour accueillir la vie : il faut aussi une atmosphère adaptée, une masse suffisante et bien d'autres conditions.
Lire dans les atmosphères
Lors d'un transit, une petite partie de la lumière de l'étoile traverse l'atmosphère de la planète. Selon leur composition, les gaz absorbent certaines longueurs d'onde. Le télescope spatial James Webb, lancé fin 2021, a ainsi détecté du dioxyde de carbone, de la vapeur d'eau et d'autres molécules dans l'atmosphère de plusieurs exoplanètes. La prochaine étape est de chercher des combinaisons de gaz qui pourraient trahir une activité biologique, ce que les chercheurs appellent des biosignatures.
Questions fréquentes
A-t-on trouvé une planète jumelle de la Terre ?
Pas encore. Plusieurs planètes de taille terrestre ont été trouvées en zone habitable, souvent autour d'étoiles plus petites et plus froides que le Soleil, mais leurs conditions de surface restent inconnues.
Peut-on voir une exoplanète avec un télescope amateur ?
Pas directement, mais des astronomes amateurs bien équipés parviennent à mesurer le transit de certaines exoplanètes connues.
Quelle est l'exoplanète la plus proche ?
Proxima b, en orbite autour de Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche du Soleil, à un peu plus de quatre années-lumière.