« Conférence de la NASA du 22.02.2017: découverte de 7 exoplanètes dont au moins 3 qui abriteraient de l’eau liquide »

La NASA a révélé la découverte par le télescope spatial Spitzer de 7 exoplanètes de masse comparable à la Terre, en orbite autour de l’étoile Trappist-1. Trois d’entre elles seraient dans la zone habitable de l’étoile.

En mai 2016, le télescope belge TRAPPIST (pour « TRansiting Planets and PlanestIsimals Small Telescope ») géré par l’Université de Liège et basé à l’Observatoire de La Silla au Chili dénichait une perle rare. Un système solaire relativement proche du nôtre (une quarantaine d’années-lumière) constitué d’une étoile naine ultra-froide (dont la température est inférieure à  2500K, soit 2200°C). Un type d’étoile habituellement délaissé dans le cadre de la recherche d’exoplanètes car très peu lumineux et donc peu visible.

La « méthode des transits » pour détecter des exoplanètes

L’observation (en infrarouge) de la lumière émise par cette étoile (baptisée Trappist-1) via des télescopes au sol avait permis de repérer des variations de luminosité caractéristiques du passage de plusieurs corps célestes entre l’étoile et l’observateur. Cette technique de détection appelée « méthode des transits », classique en astronomie, avait permis de révéler la présence de trois planètes (nommées b, c et d), toutes de taille comparable à celle de la Terre, orbitant tout près de cette minuscule étoile. Les deux premières tournent si près de l’étoile qu’elles en font le tour en respectivement 1,51 et 2,42 jours terrestres.

« Mais la dernière, l’exoplanète D, nous posait un problème. Nous n’arrivions pas à comprendre quel était son transit exact » raconte Martin Turbet, chercheur au Laboratoire de Météorologie Dynamique et doctorant à l’Université Pierre et Marie Curie, à Paris. Et pour cause, il ne s’agissait pas d’une seule exoplanète mais de cinq ! ». Une découverte d’importance autour de laquelle l’Agence spatiale américaine a soigneusement entretenu le suspense jusqu’à ce mercredi 22 février 2017.

Le système planétaire autour de Trappist-1. Les tailles des objets sont à l’échelle, mais les distances sont réduites d’un facteur 10. La couleur de l’étoile est réaliste. La zone bleutée indique la région où la présence d’eau liquide est possible en surface des planètes. La zone en grisé indique la gamme possible de distances orbitales pour la planète. 

Un système d’exoplanètes à 40 années-lumière de la Terre

La nouvelle de la découverte de système de planètes gravitant autour de Trappist-1, une minuscule étoile à peine plus grande que la planète Jupiter, était déjà une découverte majeure en mai 2016. Tout d’abord parce que les planètes en question sont rocheuses (un élément indispensable à l’émergence de la vie telle que nous la connaissons sur Terre), mais surtout parce que le plan de leur orbite est idéalement orienté pour permettre d’observer leur passage devant leur étoile (d’où la « méthode des transits » décrite précédemment).

Représentation des 7 exoplanètes gravitant autour de l’étoile Trappist-1.

Une configuration assez rare qui offre non seulement la possibilité de détecter ces exoplanètes mais aussi d’étudier la composition de leur éventuelle atmosphère. En effet, en comparant la lumière émise par l’étoile Trappist-1, et celle qui filtre à travers l’atmosphère de chaque exoplanète lorsqu’elle passe devant, les astronomes peuvent en déduire quelles radiations ont été bloquées et donc, quels éléments chimiques composent ce filtre naturel. « Et le fait que ces exoplanètes gravitent autour d’une étoile naine est un atout précieux ! précise le chercheur, co-signataire d’un article décrivant cette découverte dans le magazine Nature. En passant devant, les exoplanètes cachent une fraction importante de la lumière de l’étoile, ce qui permet d’observer un signal 100 fois meilleur que si Trappist-1 avait la taille de notre soleil » chiffre Martin Turbet.

Cette image montre le Soleil et l’étoile naine extrêmement froide TRAPPIST-1 à l’échelle. Le diamètre de cette étoile peu lumineuse ne correspond qu’à seulement 11% du diamètre du Soleil et est bien plus rouge en couleur.

Certes, ce système d’exoplanètes qui orbite autour de Trappist-1 n’est pas le plus proche de notre Terre. Il se trouve à 40 années-lumière de nous. Une distance 10 fois supérieure à celle qui nous sépare de Proxima b, la plus proche exoplanète identifiée à ce jour, gravitant à 4,24 années lumière de nous, autour de l’étoile Proxima du Centaure. « Mais l’orbite de Proxima b ne nous permet pas d’observer le passage de cette exoplanète devant son étoile. Il sera donc bien plus difficile de recueillir des informations sur la composition de son éventuelle atmosphère » poursuit Martin Turbet. En revanche bien qu’il soit un peu plus éloigné (mais pas tant que cela à l’échelle astronomique) le système planétaire autour de l’étoile Trappist-1 promet une véritable moisson de données en matière de planétologie comparée. C’est la raison pour laquelle, suite à son identification en mai 2016, l’étoile naine Trappist-1 a bénéficié de créneaux d’observation supplémentaires sur les télescopes spatiaux tels que Spitzer. Et ce sont ces nouvelles observations à l’aide d’instruments plus performants qui ont permis l’identification de ces cinq nouvelles exoplanètes que nous décrit Martin Turbet.

Un système qui pourrait tenir… Entre Mercure et le Soleil !

« Il faut imaginer un système à 7 planètes ayant toute à peu près le diamètre de la Terre (à 15% près) et orbitant vraiment tout près de leur petite étoile. Tout ce système solaire pourrait tenir entre notre soleil et Mercure, la planète qui orbite le plus près de notre Soleil » décrit le chercheur. Elles sont en effet 20 à 90 fois plus près de leur étoile que la Terre ne l’est du Soleil. Du fait de cette proximité, les planètes sont soumises non seulement à la force de gravitation qu’exerce leur étoile mais aussi à celle qu’elles exercent l’une sur l’autre. En conséquence, les astronomes ont observé une mise en « résonance » des orbites les unes avec les autres. Ce qui fait qu’elles se retrouvent périodiquement plus ou moins alignées (1). « La mesure de ces petites déviations entre les orbites nos permettent d’estimer les masses de chacune des exoplanètes. Ce qui nous permet ensuite de calculer leur densité à partir de la mesure de leur diamètre que l’on peut facilement mesurer durant le transit » détaille le chercheur.

Représentation de trois exoplanètes passant devant l’étoile Trappist-1. 

« Et d’après ces premières mesures, il semblerait que, bien que ces exoplanètes aient toutes un diamètre comparable à celui de la Terre, la majorité d’entre elle soit moins dense que ne l’est notre planète a explique l’astronome. Pour expliquer densité aussi faible, on peut supposer la présence de composés volatiles et peut-être de beaucoup d’eau à leur surface ou à l’intérieur« . L’un des scénarios qu’imaginent les chercheurs est en effet que ces planètes se soient formées assez loin de leur étoile, emprisonnant une quantité importante de cristaux de glace durant leur accrétion, avant de migrer à leur position actuelle près de leur étoile. Peut-on imaginer dès lors que l’une d’entre elle héberge de l’eau à l’état liquide, cet élément indispensable à l’émergence de la vie telle que nous la connaissons ? Au vu du flux de radiations qu’elles reçoivent de la part de leur étoile, la chose est possible. Sur l’ensemble de ce système d’exoplanètes, la plus interne (b) a une insolation légèrement supérieure à celle de Mercure tandis que les plus externes (g et h) ont une insolation un peu plus faible que celle de notre voisine Mars.

Insolation comparée des différentes exoplanètes orbitant autour de l’étoile Trappist-1, et comparaison avec le flux lumineux reçu par quelques planètes de notre système solaire.

« Au moins trois des planètes (e, f et g) ont des insolations compatibles avec l’existence d’eau liquide en surface pour une large gamme de compositions atmosphériques, comme le montrent des simulations numériques de leur climat » explique le CNRS dans un communiqué. « L’exoplanète « e » reçoit en effet un flux lumineux légèrement inférieur à celui qui vient frapper notre Terre. « Quant à « f » et « g », elles reçoivent respectivement 1/3 et un peu plus d’1/5 d’un équivalent de l’irradiation terrestre. Mais « à ces distances, les forces de marée exercées par l’étoile sont considérables et imposent aux planètes une rotation dite synchrone, c’est-à-dire que les planètes font exactement un tour sur elles-mêmes en une orbite, montrant ainsi toujours la même face à leur étoile (comme la Lune par rapport à la Terre) » poursuit le CNRS dans un communiqué. De ce fait, ces exoplanètes pourraient présenter un climat très asymétrique entre leur face perpétuellement exposée à l’étoile, et la face plus sombre, plongée dans une ombre éternelle. Ce qui permettrait potentiellement aux plus plus ensoleillées d’entre elles (b, c, d), d’héberger elles aussi de l’eau liquide dans des zones tempérées pas ou peu éclairées.

Vue d’artiste des différentes exoplanètes qui gravitent autour de l’étoile Trappist-1.

Notons toutefois qu’aucune trace d’eau n’a pour le moment été formellement repérée. Et ce malgré des observations directes tentées sur b et c par le chercheur américain Julien Dewitt, du Massachusetts Institute of Technology. Une observation qui a donné lieu à un article dans le magazine Nature en juin 2016, et qui concluait simplement à l’absence très probable d’atmosphère de type hydrogène. Autrement dit, sur ces deux planètes comme sur les autres, tout reste encore à découvrir. Et ce système planétaire lointain qui s’annonce plus que prometteur en matière de futures découvertes, du fait de la diversité de ses exoplanète rocheuses, sera à n’en pas douter l’un des premiers objets d’étude du futur télescope spatial James Webb, qui doit succéder à Hubble entre fin 2018 et début 2019. C’est peu dire que ses premières données sont attendues avec fébrilité.

Sur cette animation, une représentation interactive à 360° de ce à quoi pourrait ressembler la surface de l’exoplanète « d » de ce système.

Sources

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