Le domaine de la science des exoplanètes est relativement jeune, mais il évolue et se développe très rapidement. Ces dernières années, les astronomes spécialistes des exoplanètes ont fait un certain nombre de découvertes étonnantes. Voici quelques-unes de ses jalons marquantes.
51 Pegasi b (1995)
Une représentation artistique de l’exoplanète 51 Pegasi b. Elle est la première exoplanète découverte en orbite autour d’une étoile semblable au Soleil. (Crédit: NASA/JPL-Caltech)
La toute première exoplanète confirmée autour d’une étoile semblable au Soleil est 51 Pegasi b. Elle a été découverte en 1995 à l’aide de la méthode de vélocimétrie. 51 Pegasi b est une planète différente de tout ce qui existe dans notre propre Système solaire. C’est une planète géante gazeuse qui tourne autour de son étoile en seulement 4 jours. Elle est 20 fois plus proche de son étoile que la Terre ne l’est de notre Soleil et sa température est donc supérieure à 1000 degrés Celsius!
En raison de sa taille et de sa température, 51 Pegasi b est un type d’exoplanète appelé une ‘Jupiter chaude’. La découverte de cette planète a appris aux astronomes que nous ne devions pas supposer que les exoplanètes ressembleront aux planètes du Système solaire. Depuis 1995, nous avons découvert de nombreuses autres Jupiters chaudes.
HR 8799 (2008)
Une animation d’une suite d’images directes prises par l’Observatoire Gémini-Nord du système HR 8799, contenant quatre exoplanètes. La lumière de l’étoile centrale a été bloquée par un coronographe. (Crédit: J. Wang/Caltech/C. Marois/NRC-Herzberg)
La plupart des exoplanètes sont détectées et étudiées à l’aide de méthodes indirectes. Cela signifie que nous ne pouvons généralement détecter une exoplanète qu’en étudiant ses effets sur son étoile centrale. Mais avec les bonnes conditions, il est possible de bloquer la lumière de l’étoile et d’observer directement une exoplanète!
Le premier système exoplanétaire à avoir été directement imagé est HR 8799, en 2008, grâce à l’Observatoire Gemini-Nord. Cet incroyable exploit a été réalisé par les astronomes canadiens Christian Marois (CNRC-Herzberg), René Doyon (iREx/UdeM) et David Lafrenière (iREx/UdeM). Ils ont utilisé un instrument spécial appelé un coronographe et ont développé des techniques innovantes de traitement de données. Les quatre exoplanètes du système sont toutes des géantes gazeuses, avec des masses allant de 7 à 10 fois celle de Jupiter. Elles sont également très éloignées de leur étoile, avec des périodes orbitales allant de 45 à 460 ans.
L’imagerie directe est encore une technique très difficile, avec seulement quelques dizaines de systèmes jamais imagés directement. Une série de nouveaux instruments et télescopes qui seront mis en service au cours de la prochaine décennie devraient améliorer considérablement ce domaine.
La mission Kepler (2009-2018)
Une oeuvre d’art commémorant la mission du télescope spatial Kepler qui a découvert à lui seul plus de 2600 exoplanètes. (Crédit: NASA/W. Stenzel)
Au début de l’époque de l’étude des exoplanètes, presque toutes les découvertes étaient réalisées à l’aide de la méthode de vélocimétrie. Cette méthode s’est avérée fructueuse, mais elle fonctionnait particulièrement avec les étoiles brillantes et nécessitait beaucoup de temps de télescope. Les scientifiques ont vite compris que la méthode de transit pouvait être bien plus efficace, puisqu’un télescope peut alors surveiller plusieurs étoiles à la fois.
Grâce à la méthode de transit, le télescope spatial Kepler a étudié des centaines de milliers d’étoiles pour découvrir à quel point les exoplanètes sont nombreuses. Au cours de ses opérations de 2009 à 2018, Kepler a découvert plus de 2600 nouvelles exoplanètes! Grâce à la contribution de Kepler, les astronomes ont enfin pu réaliser des études statistiques sur un grand nombre d’exoplanètes. Nous avons commencé à apprendre quels types de planètes existent, et à quel point chaque type est commun.
TRAPPIST-1 (2016)
Une représentation du système exoplanétaire TRAPPIST-1 qui contient 7 planètes rocheuses en orbite autour d’une étoile naine rouge ultra-froide. (Crédit: NASA/JPL-Caltech)
Le système planétaire TRAPPIST-1, découvert en 2016, contient sept exoplanètes rocheuses, dont trois ou quatre pourraient se trouver dans la zone habitable. Il s’agit de la région autour d’une étoile où l’eau pourrait potentiellement exister à l’état liquide. La zone habitable est un élément clé de notre recherche de vie extraterrestre.
Les planètes TRAPPIST-1 orbitent autour d’une étoile beaucoup plus faible, plus rouge et plus froide que notre Soleil: une naine rouge ultra froide. Comme les naines rouges émettent beaucoup moins d’énergie que notre Soleil, les planètes peuvent orbiter beaucoup plus près d’elles sans devenir trop chaudes. Les zones habitables de ces étoiles sont donc très proches d’elles que celles des étoiles plus grandes et plus chaudes. Le système TRAPPIST-1 est très compact: il peut tenir entièrement dans l’orbite de Mercure!
Proxima Centauri b (2016)
Une représentation de l’exoplanète Proxima Centauri b, l’exoplanète la plus proche du Système solaire. (Crédit: ESO/M. Kornmesser)
Proxima Centauri, une faible étoile naine rouge située à 4,2 années-lumière, est notre étoile voisine la plus proche (autre que le Soleil). Étonnamment, les astronomes ont découvert une exoplanète autour de cette étoile en 2016 en utilisant la méthode de vélocimétrie. Cette exoplanète, Proxima Centauri b, semble être une planète rocheuse semblable à la Terre, située dans la zone habitable. D’autres études ont révélé la présence d’une deuxième planète plus grande sur une orbite très large et, peut-être, d’une minuscule troisième planète à l’intérieur de l’orbite de la planète b.
Bien qu’il s’agisse de notre voisine le plus proche, il faudrait encore des milliers d’années à nos sondes actuelles les plus rapides pour atteindre Proxima du Centaure. Certains projets, tels que Breakthrough Starshot, cherchent des moyens d’observer le système de plus près. Il s’agit notamment d’envoyer une petite puce d’ordinateur sur une voile solaire géante allant à environ 10% de la vitesse de la lumière. Même dans ce cas, il faudrait 40 ans pour que le vaisseau atteigne l’étoile.
K2-18 b (2019)
Une représentation artistique de l’exoplanète K2-18 b, la toute première exoplanète dans la zone habitable sur laquelle nous avons détecté de la vapeur d’eau. (Crédit: ESA/Hubble/M. Kornmesser)
L’exoplanète K2-18 b a été découverte en 2015 en orbite autour d’une étoile naine rouge située à 124 années-lumière. En 2019, une équipe d’astronomes menée par Björn Benneke (iREx/UdeM) a détecté de la vapeur d’eau dans l’atmosphère de K2-18 b. C’était la première fois que de l’eau était détectée sur une exoplanète trouvée dans la zone habitable. L’équipe a également découvert que des nuages et un cycle de l’eau pourraient exister dans l’atmosphère de K2-18 b.
Les astronomes ne sont pas encore tout à fait sûrs de la catégorie d’exoplanète dans laquelle classer K2-18b. Il pourrait s’agir d’une super-Terre ou d’une mini-Neptune. La découverte d’eau sur ce monde ne garantit pas qu’il abrite la vie ou qu’il soit habitable. Il représente cependant un grand pas en avant pour mieux comprendre la formation des planètes et la recherche de la vie extraterrestre.
Découvertes marquantes - Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes - Institut de recherche sur les exoplanètes
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