Monde de la physique : planètes extrasolaires

Les planètes situées en dehors de notre système solaire peuvent rarement être observées directement. Néanmoins, les astronomes ont découvert plus de 6 600 mondes aussi lointains.

Rarement un domaine de recherche s’est développé aussi rapidement que la recherche de planètes dans d’autres étoiles. Il y a à peine trente ans, les astronomes ne savaient même pas s’il existait des planètes en dehors de notre système solaire. En 1995, Michel Mayor et Didier Queloz furent les premiers à détecter une planète autour d’une étoile lointaine semblable au Soleil. Il existe désormais plus de 6 600 planètes extrasolaires connues situées dans plus de 4 800 systèmes solaires différents – et Mayor et Queloz ont reçu le prix Nobel de physique pour leur découverte.

Méthodes de détection

Seules quelques exoplanètes découvertes jusqu’à présent peuvent être observées directement avec un télescope. Parce que les étoiles centrales brillent un million de fois plus et éclipsent ainsi leurs compagnes. Heureusement, les mondes lointains ne sont pas seulement visibles à travers la lumière qu’ils réfléchissent. Leur gravité laisse aussi des traces, par exemple. À proprement parler, non seulement la planète tourne autour de son soleil, mais les deux tournent autour du centre de masse commun. Cela donne l’impression que l’étoile « trébuche » légèrement. La composante de ce mouvement dirigé vers la Terre – la vitesse radiale – affecte le spectre lumineux de l’étoile : si elle vient vers nous, sa lumière est décalée vers des longueurs d’onde plus petites ; si elle s’éloigne de nous, la lumière devient des longueurs d’onde plus longues.

Mayor et Queloz ont découvert exactement de tels changements périodiques dans le spectre lumineux de l’étoile 51 Pegasi. Tous deux avaient ainsi trouvé des preuves solides de l’existence d’une planète dans ce système solaire. En plus de cette méthode de vitesse radiale, d’autres méthodes indirectes sont également utilisées dans la recherche de mondes extrasolaires. La méthode du transit est la plus efficace : environ 4 400 des exoplanètes connues ont pu être détectées grâce à elle. Les astronomes profitent du fait que certaines planètes, vues de la Terre, passent devant leur étoile à chaque orbite.

Lors d’un tel « transit », les compagnons obscurcissent une petite zone de l’étoile, l’assombrissant légèrement. De telles fluctuations régulières de luminosité peuvent être recherchées à l’aide de télescopes automatiques, depuis la Terre et depuis l’espace. Le télescope spatial Kepler est par exemple légendaire, car il a surveillé la luminosité d’environ 190 000 étoiles de 2009 à 2018 et découvert plus de 2 700 exoplanètes. D’autres méthodes – basées par exemple sur des mesures astrométriques ou sur l’effet de lentille gravitationnelle – ne jouent qu’un rôle mineur dans la recherche d’exoplanètes.

Deuxième Terre

La variété des systèmes découverts à ce jour étonne les astronomes. Notre propre système solaire ne semble pas du tout typique. Avec ses orbites presque circulaires et son ordre – petites planètes rocheuses dans les régions intérieures, grandes planètes gazeuses plus loin – il s’agit apparemment plutôt d’une exception. La fréquence à laquelle des planètes propices à la vie, semblables à notre Terre, peuvent être trouvées dans l’espace est encore une exception. question. Jusqu’à présent, 70 des planètes découvertes se trouvent également dans la « zone habitable » de leur étoile et seules 29 d’entre elles sont probablement des planètes rocheuses comme la Terre. Dans la zone habitable, la température de surface est juste assez élevée pour que l’eau existe sous forme liquide – une condition préalable à la vie telle que nous la connaissons sur Terre.

Cependant, le simple emplacement d’une planète dans la zone habitable – même si sa taille est similaire à celle de la Terre – ne garantit pas que les conditions soient réellement propices à la vie. C’est ce que montrent par exemple les planètes Vénus et Mars dans notre système solaire. Et vice versa : il pourrait également exister des mondes propices à la vie en dehors de la zone habitable. Il est très probable qu’il y ait de grands océans d’eau sous l’épaisse calotte glaciaire de certaines lunes de Jupiter et de Saturne. Et les premiers résultats indiquent que les conditions de vie pourraient également y être réunies. Afin d’en recueillir davantage de preuves, des sondes spatiales sont déjà prévues ou sont déjà en cours. Le 14 avril 2023, la sonde spatiale JUICE a été lancée dans l’espace et vise à fournir de nouvelles informations sur Jupiter et ses grandes lunes glacées. La sonde Europa Clipper devrait suivre en octobre 2024, atteignant Jupiter en 2030 et ciblant spécifiquement sa lune Europa.

Toutefois, les sondes spatiales ne peuvent pas être envoyées sur les planètes et les lunes d’étoiles lointaines dans un délai raisonnable. En analysant la lumière reçue de ces systèmes, les astronomes peuvent encore rechercher des traces de vie. Les atomes et molécules présents dans l’atmosphère des exoplanètes laissent des signatures caractéristiques dans le spectre lumineux. De cette manière, des substances typiques de la vie telle que nous la connaissons deviendraient également perceptibles : l’oxygène, par exemple, ou le méthane. Cependant, bon nombre de ces « biomarqueurs » peuvent également être créés par des processus non biologiques. Bien que du méthane ait été détecté sur Mars, il provient probablement de processus géologiques.

De grands espoirs reposent sur de nouveaux observatoires dans l’espace et sur Terre, comme le télescope spatial James Webb et celui actuellement en construction. Télescope extrêmement grand l’Observatoire européen austral. À l’avenir, les scientifiques souhaitent les utiliser pour détecter de nombreux biomarqueurs sur des mondes lointains, dont la combinaison ne peut s’expliquer que par des processus biologiques. Ce qui se cache derrière cela – qu’il s’agisse simplement d’une vie unicellulaire, d’une écosphère riche avec des formes de vie complexes ou même d’êtres intelligents qui, comme nous, les humains, explorent le cosmos et y recherchent la vie – reste encore une question ouverte.