En regardant le ciel par une nuit claire, vous pouvez être sûr de ce que nos ancêtres ne soupçonnaient même pas: au moins une planète tourne autour de presque toutes les étoiles.
Les mondes sur les orbites d'autres étoiles sont appelés "exoplanètes" et vont des géantes géantes gazeuses plus grandes que Jupiter aux petites planètes rocheuses comme la Terre ou Mars. Les planètes éloignées peuvent être suffisamment chaudes pour que le métal fond sur leurs surfaces, ou sous forme de boules de neige glacées. Beaucoup d'entre eux tournent si rapidement et étroitement autour de leurs étoiles que leur année dure plusieurs jours terrestres. Certains peuvent avoir deux soleils. Il y a des vagabonds expulsés de leurs systèmes, ceux qui errent dans l'obscurité à travers la galaxie.
La Voie lactée est une immense famille d'étoiles, couvrant environ 100 000 années-lumière. Sa structure en spirale contient environ 400 milliards d'habitants, et notre Soleil en fait partie. Si chacune de ces étoiles n'a pas une planète sur son orbite, mais plusieurs, comme dans le système solaire, alors le nombre de mondes dans la Voie lactée est tout simplement astronomique: le décompte s'élève à des billions.
Les systèmes stellaires qui vivent dans la Voie lactée. Crédit: ESA / Hubble / ESO / M. Kornmesser.
Depuis plusieurs siècles, l'humanité réfléchit à la possibilité de l'existence de planètes autour d'étoiles lointaines, et maintenant nous disons avec confiance que les mondes extrasolaires existent. Notre voisine la plus proche, Proxima Centauri, a récemment fait découvrir une planète rocheuse, et elle n'est probablement pas la seule. Sa distance est d'environ 4,5 années-lumière ou 40 billions de kilomètres. Cependant, la plupart des exoplanètes trouvées sont situées à des centaines ou des milliers d'années-lumière.
Mauvaise nouvelle: nous n'avons pas encore moyen d'y parvenir. La bonne nouvelle est que nous pouvons les regarder, mesurer les températures, «ressentir» l'atmosphère et peut-être bientôt découvrir des signes de vie cachés dans la faible lumière de ces mondes lointains.
La première exoplanète à entrer dans l'arène mondiale était 51 Pegasi b, un "Jupiter chaud" à 50 années-lumière de distance, qui orbite autour d'une étoile en 4 jours terrestres. Le tournant après lequel les planètes extrasolaires sont devenues monnaie courante s'est produit en 1995.
Représentation artistique de jupiter chaud. Crédit: ESO.
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Avant 51 Pegasi b, il y avait plusieurs candidats. L'exoplanète connue aujourd'hui sous le nom de Tadmor a été découverte en 1988. Bien que son existence ait été remise en question en 1992 en raison de preuves insuffisantes, dix ans plus tard, des observations supplémentaires ont confirmé qu'une planète était en orbite autour de Gamma Cepheus A. Puis, en 1992, un système de "planètes pulsar" a été découvert. Ces mondes tournent autour d'une étoile morte, le pulsar PSR 1257 + 12, qui réside à 2300 années-lumière de la Terre.
Nous vivons maintenant dans un univers d'exoplanètes. Leur nombre augmente constamment et, pour le moment, le nombre de planètes confirmées en dehors du système solaire a franchi la ligne des 3700, mais au cours de la prochaine décennie, le calendrier pourrait passer à des dizaines de milliers.
comment sommes nous arriver la?
Nous sommes au bord de grandes découvertes. L'ère des premières explorations et des premières exoplanètes confirmées a préparé le terrain pour la phase suivante: la chasse aux mondes lointains avec des télescopes plus «vigilants» et sophistiqués dans l'espace et sur terre. Certains d'entre eux ont été chargés de mener un recensement précis de la population, de calculer les différentes tailles et types d'exoplanètes. D'autres scrutent les mondes individuels, leurs atmosphères et leur potentiel à soutenir la vie.
La visualisation directe des exoplanètes, c'est-à-dire leurs images réelles, joue un rôle de plus en plus important, bien que les scientifiques aient atteint le niveau actuel de connaissances principalement par des moyens indirects. Les deux méthodes principales sont les oscillations et les éclipses.
Animation compilée à partir d'images de quatre exoplanètes massives en orbite autour de la jeune étoile HR 8799. Crédit: Jason Wang / Christian Marois.
Le premier est basé sur la fixation d'oscillations distinctes d'étoiles sous l'influence de la gravité d'une planète en orbite. Ces écarts caractérisent la masse de l'exoplanète. La méthode a permis de confirmer les premiers candidats, dont 51 Pegasi b, et au total, en mesurant la vitesse radiale, environ 700 mondes ont été découverts.
Mais la grande majorité des exoplanètes sont trouvées par la méthode de transit, qui consiste à capturer une baisse incroyablement infime de la luminosité d'une étoile lorsqu'une planète traverse son disque. Cette stratégie de recherche indique la taille de l'objet. Le télescope spatial Kepler de la NASA, lancé en 2009, a trouvé environ 2700 exoplanètes confirmées de cette manière. Il découvre encore de nouveaux mondes à ce jour, mais, malheureusement, sa chasse se terminera bientôt, car le carburant s'épuise.
Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients. La mesure de la vitesse radiale montre la masse de la planète, mais ne renseigne pas sur son diamètre. Le transit parle de la taille du monde extrasolaire, mais ne permet pas de déterminer la masse.
Mais, lorsque plusieurs méthodes sont utilisées ensemble, nous pouvons obtenir des données importantes sur le système planétaire sans visualisation directe. Le meilleur exemple est TRAPPIST-1, situé à environ 40 années-lumière, dans lequel sept planètes de la taille de la Terre tournent autour d'une petite naine rouge.
Les planètes en orbite autour de la naine rouge ultra-cool TRAPPIST-1 par rapport à la Terre. Crédit: ESO / M. Kornmesser.
La famille TRAPPIST-1 a été étudiée par des télescopes terrestres et spatiaux. La recherche a montré non seulement les diamètres de sept planètes densément compactées, mais aussi leur subtile interaction gravitationnelle les unes sur les autres. Maintenant que nous connaissons leurs masses et leurs diamètres, nous pouvons estimer la température à la surface et même deviner la couleur du ciel sur chacun d'eux. Bien que l'on ignore encore beaucoup de choses sur ces sept planètes, y compris si elles sont couvertes d'océans ou d'une croûte de glace, TRAPPIST-1 est devenu le système stellaire le plus étudié en plus du nôtre.
Et après?
La prochaine étape sera une nouvelle génération de télescopes spatiaux. Tout d'abord, TESS, dont le lancement est prévu le 16 avril 2018. Cet instrument moderne effectuera une étude presque complète des étoiles brillantes à proximité à la recherche de planètes en transit.
TESS sélectionnera les meilleurs candidats pour une inspection plus approfondie par le télescope spatial James Webb, qui ira dans l'espace en 2020. Le successeur de Hubble, avec son immense miroir, collectera la lumière directement des planètes elles-mêmes, qui pourra ensuite être décomposée en un spectre, une sorte de code-barres indiquant quels gaz sont présents dans l'atmosphère de l'exoplanète. Les cibles principales du télescope seront les "super-terres".
"Hunter" pour les exoplanètes TESS. Crédit: NASA.
On sait peu de choses sur cette classe de mondes extrasolaires aujourd'hui, y compris s'ils sont habitables. La raison en est le manque d'analogues de la super-terre dans le système solaire. Si nous avons de la chance, l'un d'eux montrera des signes d'oxygène, de dioxyde de carbone et de méthane dans son atmosphère. Cependant, la chasse aux atmosphères des planètes de la taille de la Terre devra être reportée à la prochaine génération de télescopes spatiaux dans les années 2030.
Grâce au télescope Kepler, nous savons maintenant que les étoiles au-dessus de nous sont entourées de planètes. Et nous pouvons être sûrs non seulement d'une grande variété de voisins exoplanétaires, mais aussi que l'aventure ne fait que commencer.
Roman Zakharov
