En quête d’exoplanètes

C’est quoi une exoplanète ? Pourquoi on les cherche et comment on les trouve ? Depuis 1995, on sait grâce à deux astrophysiciens suisses qu’il existe d’autres planètes autour de lointains soleils. Pour cette découverte, ils ont reçu le prix Nobel de physique en 2019. Embarque avec nous pour un voyage aux confins de notre galaxie…

Kepler 1649c

Représentation d'artiste de la surface de Kepler-1649c. Cette exoplanète découverte en 2020 serait dans la zone habitable de son étoile (Kepler-1649) mais on ne connaît pas la composition de son atmosphère. (Image: NASA)

Y en a t-il point comme nous ?

Galaxie NGC 5866

Vue, de côté, de la galaxie NGC 5866 qui est à 44 millions d'années-lumière de la Terre. Elle a été prise par le télescope spatial Spitzer. (Image: NASA)

Notre système solaire  est formé de huit planètes qui tournent autour d’une étoile: le Soleil. Certaines planètes ont des satellites naturels, pour la Terre c’est la Lune. Notre système solaire appartient à une galaxie, la Voie lactée, qui contient au moins 200 milliards d’étoiles. Il peut donc exister tout autant de systèmes planétaires dans notre galaxie ! Et dans l’Univers il y a encore d’autres galaxies...
Les planètes qui tournent autour d’autres étoiles que le Soleil, donc dans d’autres systèmes planétaires, sont des planètes extrasolaires ou exoplanètes.

Mais parmi toutes ces planètes dans les autres systèmes planétaire, en existe-t-il une qui serait comme la Terre, candidate pour abriter la vie ? Une telle planète tourne autour d’une étoile semblable au Soleil et doit se situer dans la zone habitable de cette étoile - ni trop proche, où il fait trop chaud, ni trop loin, où il fait trop froid. Mais pour être équivalente à la nôtre, elle devrait en plus être rocheuse, avoir une grande quantité d’eau liquide à sa surface et beaucoup d’oxygène dans son atmosphère et un champ magnétique efficace contre les vents stellaires.

La première découverte d’une exoplanète…

La Terre et Kepler-1649c

La taille de l'exoplanète Kepler-1649 est très proche de celle de la Terre. Sa représentation détaillée a été imaginée. (Image: NASA)

La première découverte d’exoplanète se passe en octobre 1995 lorsque deux astrophysiciens de l’Université de Genève, Michel Mayor et Didier Queloz, découvrent une planète en orbite autour de 51 Pegasi, une étoile de notre galaxie, dans la constellation de Pégase, qu’ils nomment 51 Pegasi b. Pour trouver quelle étoile observer, ils ont dû établir à l’avance un catalogue d’étoiles similaires à notre Soleil, qui pourraient avoir une planète en orbite autour d’elles, parmi les quelques 200 à 400 milliards d’étoiles que contient notre galaxie. Cette planète, est formée principalement de gaz (hydrogène et helium). Elle est très chaude (1000 °C environ) car elle est située très proche de son étoile (elle tourne autour d’elle en seulement 4 jours !). Et elle fait à peu près la moitié de la masse de Jupiter, notre plus grosse planète.

Comment fait-on pour observer ces fameuses planètes ?

Prisme

Prisme qui disperse la lumière blanche et permet de voir ses composantes, les couleurs de l'arc-en-ciel. (Image: iDesign/Canstockphoto)

Un moyen de trouver des exoplanètes serait d’utiliser des outils visuels, des télescopes très puissants. Le problème, c’est que la lumière de l’étoile autour de laquelle la planète tourne est trop intense pour que l’on puisse voir ses planètes ; elle nous éblouit et les cache.
Une des techniques utilisées actuellement permet d’atténuer la luminosité de l’étoile et observer son environnement direct en créant un effet d'éclipse totale. Mais les scientifiques ont développé d’autres stratégies qui permettent l’observation indirecte. En observant l’étoile autour de laquelle gravite la planète et en fonction de la lumière qu’elle nous renvoie, on peut déduire des informations sur la planète.

Les astrophysiciens mesurent l’intensité de la lumière qui leur parvient de l’étoile. En effet si la planète passe devant l’étoile, elle va provoquer une éclipse totale ou partielle que l’on peut détecter par des variations d’intensité lumineuse.
Ils s’intéressent aussi à la couleur de cette lumière. La planète est attirée par l’étoile et inversement. En tournant autour de l’étoile, la planète fait osciller (bouger) l’étoile. On peut détecter ces oscillations par les variations de couleur de la lumière que l’on reçoit de l’étoile.
En combinant les méthodes, on peut connaître la taille et la masse de ces planètes et on peut ainsi en déduire leur densité et savoir si elles sont rocheuses ou gazeuses. La matière est bien plus condensée dans une planète rocheuse, sa densité est donc plus grande que celle d’une planète gazeuse.

Une planète découverte mais jamais vue !

Michel Mayor et Didier Queloz n’ont en réalité jamais vu de leurs propres yeux la planète qu’ils ont découverte. Les deux astrophysiciens ont mesuré les oscillations de l’étoile grâce à un spectrographe qu’ils ont développé. Cet appareil était relié à un télescope situé dans l’Observatoire de Haute-Provence, en France. Ce spectrographe reçoit et analyse la lumière concentrée de l’étoile (ce que l’on appelle le spectre de l’étoile). Il est un peu comme un prisme qui décompose la lumière blanche en couleurs de l’arc-en-ciel.

Un prix Nobel vingt-quatre ans après

Pegasi 51b baptisée par la suite Bellérophon a valu aux deux scientifiques le prix Nobel en... 2019, soit vingt-quatre ans après leur découverte.
Bellérophon ne pourrait pas être habitable parce que c’est une planète gazeuse et qu’elle est trop proche de son étoile. La grande quête des exoplanètes a été lancée grâce à cette découverte. À ce jour, on en a découvert plus de 4000. On continue encore aujourd’hui la recherche active de nouvelles planètes similaires à la Terre qui pourraient potentiellement abriter la vie.

Pour en savoir plus sur les méthodes d’observation de ces planètes, jette un coup d’œil à l’article « En quête d’exoplanètes »


Texte: Rédaction SimplyScience.ch

Sources: « Exoplanète » Vikidia, l’encyclopédie, « C’est pas sorcier : les exoplanètes », Dossier grand format « À la découverte des exoplanètes » RTS

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