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Mystère aux confins de l’univers

Des planètes inconnues au-delà de notre système solaire… La découverte de ces « nouveaux mondes » perdus aux confins de l’espace, ouvre de grandes espérances aux astronomes dans leur traque aux exoplanètes. Déjà la moisson s’annonce prometteuse…

En astronomie, on appelle « exoplanète » toute planète gravitant autour d’une étoile autre que notre Soleil. Ces « nouveaux mondes » orbitant dans des systèmes solaires lointains sont appelés aussi, en toute logique… « planètes extrasolaires ».

UNE QUÊTE MYTHIQUE, QUI DEVIENT RÉALITÉ

L’existence possible de ces autres mondes est certainement l’une des plus anciennes questions posées aux astronomes. On trouve en effet trace de ce débat dès 400 av. J.-C. dans les propos des atomistes Démocrite et de son disciple, Épicure. Pour eux, la multitude des mondes n’est qu’une conséquence du caractère infini du nombre d’atomes et donc du nombre d’arrangements possibles de ces atomes. Il faudra cependant attendre le XXe siècle, après deux millénaires de confrontations acharnées avec les dogmes ambiants et le développement de la spectroscopie à haute résolution, pour que ce débat puisse enfin quitter le domaine exclusivement idéologique et être abordé sous de nouveaux angles scientifique et observationnel. Ainsi, en 1995, deux astronomes suisses annoncent la découverte de la première exoplanète autour de l’étoile 51 Peg (Voir en bas de page). Cette découverte n’est pas fortuite et résulte d’un acharnement sans faille pour développer une instrumentation capable de détecter ces planètes.

DÉTECTER UNE EXOPLANÈTE

Il n’est pas forcément nécessaire de « voir » une exoplanète pour la détecter. La totalité des planètes connues n’ont d’ailleurs jamais été observées directement. On peut détecter une planète en observant un effet qu’elle induit sur son étoile, dont :

  • le mouvement de l’étoile. On dit généralement qu’une planète « tourne autour de son étoile ». Le couple étoile-planète forme cependant un système physique caractérisé par son centre masse (centre de gravité), autour duquel chacun des objets du système décrit une orbite. L’étoile possède donc un mouvement orbital qu’il est possible de détecter par astrométrie (observation précise de la position de l’étoile par rapport à un repère céleste fixe) ou par mesure de la vitesse radiale (vitesse de rapprochement ou d’éloignement de l’étoile par rapport à l’observateur) déterminée grâce à l’effet Doppler-Fizeau et par spectroscopie haute résolution. Ces méthodes nécessitent cependant des instruments d’une précision extrême ;
  • la luminosité de l’étoile. La présence d’une planète autour d’une étoile peut affecter la luminosité de cette dernière. En particulier lorsque le système planétaire est vu de profil, on peut observer le passage de la planète devant le disque de l’étoile. Ce phénomène, appelé « transit planétaire » et comparable à une microéclipse, se traduit par une baisse temporaire de luminosité de l’étoile. L’amplitude du phénomène est directement donnée par le rapport des surfaces apparentes de l’étoile et de la planète, typiquement 1 % pour une planète comme Jupiter à 0,01 % pour une planète comme la Terre autour d’une étoile comme le Soleil.

Pour détecter une planète par cette méthode de luminosité, il faut donc savoir mesurer en permanence la luminosité d’une étoile avec une très grande précision. C’est l’objet de la mission spatiale Corot du Cnes actuellement en vol, puisque l’un de ses objectifs est la recherche de petites exoplanètes. L’observation spatiale permet de s’affranchir de la turbulence atmosphérique et aussi d’atteindre de grandes précisions de mesure. D’autres méthodes plus marginales (microlentilles gravitationnelles, chronométrage des pulsations stellaires, chronométrage de pulsar, etc.) ont également permis de détecter quelques objets. Ce sont également des méthodes de détection indirectes.

DES PLANÈTES PAR CENTAINES

Le 27 mars 2008, 277 planètes ont été identifiées, regroupées dans 238 systèmes planétaires dont 27 sont des systèmes multiples (2, 3, 4 et même 5 planètes autour de la même étoile). Un tel échantillon permet d’ores et déjà des observations statistiques. On trouve des planètes autour de tous les types d’étoiles. Même si les programmes de recherche systématique privilégient les étoiles comparables à notre Soleil (sans exclusivité) et qu’en conséquence la plupart des planètes sont identifiées autour de ces objets, des planètes ont été identifiées autour d’objets plus baroques. Citons, par exemple, des pulsars (des résidus d’étoiles massives ayant explosé), des naines blanches (étoiles en fin de vie ayant subi une phase d’expansion jusqu’à un rayon comparable à l’orbite de Vénus, soit environ 70 % de la distance Terre-Soleil ou 100 millions de km), des étoiles pulsantes, des étoiles de petite taille et relativement froides, des étoiles très jeunes (quelques dizaines de millions d’années). On a également identifié des planètes dans des systèmes stellaires multiples.

On trouve des planètes à toutes distances de leur étoile. En particulier, et contrairement à notre système solaire, près d’un quart des planètes actuellement identifiées tourne à moins de 0,1 unité astronomique de son étoile (une unité astronomique = distance Terre-Soleil = environ 150 millions de km). Pour rappel, la planète la plus proche du Soleil est Mercure à 0,4 unité astronomique. La présence de ces planètes, si proches de leur étoile, nécessite d’invoquer l’existence de phénomènes de migration d’orbite (modification de la distance à l’étoile par échange d’énergie avec le disque de gaz et de poussière dans lequel se forme la planète), car en l’état actuel des connaissances, il semble difficilement concevable d’imaginer que des planètes aient pu se former à une distance si proche de l’étoile.


Peg : Pour Pégase. 51 Peg est une étoile située dans la constellation de Pégase. Elle se trouve à 47,9 al (années-lumière) de la Terre. Retour au texte

En savoir plus

Voir également :
la galerie « L’environnement spatial »
la galerie « Exoplanètes »
la galerie « Exploration »

Livres

  • Casoli F., Encrenaz T., Planètes extrasolaires, Belin - Pour la science, 2005.
  • Mayor M., Frei P.-Y., Les Nouveaux Mondes du cosmos. À la découverte des exoplanètes, Le Seuil, 2001.

Sites internet

  • Sur les exoplanètes ou planètes extrasolaires media4.obspm.fr/exoplanetes
  • L’encyclopédie des exoplanètes exoplanet.eu
  • Tout sur la mission Corot au Cnes smsc.cnes.fr/COROT/Fr