Mille et une planètes

Quelques faits
Au tournant des années 1980-90, un petit nombre d’astronomes isolés s’engageaient vaillamment dans la recherche d’exoplanètes. S’il a fallu attendre la fin du vingtième siècle pour découvrir les premières exoplanètes, c’est que celles-ci sont quasiment invisibles, noyées dans la lumière de leur étoile. Les méthodes de détection qui se sont avérées les plus efficaces sont de chercher les perturbations que les planète(s) induisent sur l’étoile, soit en mesurant la baisse de luminosité de l’étoile quand une planète passe devant, soit en détectant les petites oscillations de l’étoile qui tourne autour du centre de gravité du système étoile-planète. Une étape importante dans la découverte des exoplanètes a été quand, avec des ruses instrumentales, on a pu détecter la lumière de la planète. Ces quelques photons planétaires sont le Graal des chercheurs d’exoplanètes parce qu’ils leurs apportent la connaissance de la température, la couleur et la composition de la planète.

1000 et une planètes en tout genre
La plupart des planètes détectées à ce jour sont dans le proche voisinage du Soleil à moins de 400 parsecs, le centième de la taille de la Voie Lactée. Avec plusieurs planètes par étoile, il y a donc certainement plus de planètes que d’étoiles dans notre galaxie. La plupart des planètes découvertes sont des géantes gazeuses très proches de leur étoile, peut-être parce que ce sont les plus faciles à détecter... Mais dans le bestiaire des exoplanètes, on en trouve aussi qui sont deux fois plus petites que la terre, faites de roches et de métaux et plusieurs sont à une distance telle de leur étoile que l’eau puisse y être à l’état liquide. A noter qu’à ce jour on n’a trouvé aucun système planétaire semblable au système solaire. On est en pleine « planéto-diversité ».
Bien évidemment, la recherche d’exoplanètes ne se fait pas sans, en arrière-pensée, la recherche de planètes qui permettrait la présence de vie. Ceci est tellement vrai que l’histoire des exoplanètes est plus souvent liée à 1995, date de la première planète découverte autour d’une étoile qu’à 1992, quand des planètes « inhabitables » ont été découvertes autour d’un pulsar, étoile à neutrons.
Même si nous ne sommes pas encore capable de détecter des systèmes semblables au système solaire, il semble que les planètes de notre Soleil aient eu une vie calme par rapport à beaucoup de leurs congénères des autres étoiles aux orbites très chahutées, jusqu’à tomber sur leur étoile ou être éjectées du système.

Mais qu’est-ce que au fond qu’une exoplanète ?
Les astronomes héritent du mot ancestral de « planète » et tentent de positionner leurs observations par rapport à cette boite, dedans ou dehors. Mais ce n’est pas si simple. Aujourd’hui on réalise que la définition d’une exoplanète n’est pas, et ne peut pas être claire. La raison principale en est que la frontière est floue entre une planète et une naine brune, c’est-à-dire une étoile peu massive qui ne transforme pas son hélium en éléments plus lourds comme le carbone. Au fur et à mesure des découvertes la question s’avère de plus en plus épineuse.
Il y a deux approches possibles pour dire si un objet est une étoile ou une planète, selon son mode de formation ou selon qu’on considère la présence ou non de réactions thermonucléaires en son sein :
– Une planète n’a pas de réactions nucléaires centrales. Cette définition met une frontière à 13 fois la masse de Jupiter. Une planète serait alors un compagnon stellaire de moins de 13 masses de Jupiter.
– Une planète se forme, comme dans le système solaire, à partir de l’agglutinement de grains solides circumstellaires (métaux, roches, glaces) en coeurs solides de planètes. Ces coeurs peuvent alors le cas échéant attirer du gaz, hydrogène et hélium, pour former une planète « géante ». Au contraire, les étoiles et les naines brunes se forment par effondrement gravitationnel d’un nuage de gaz sur lui-même et n’ont ’pas’ de noyau solide.
Mais ces deux définitions ne se recouvrent pas : certains objets peuvent se former comme une planète et avoir une masse jusqu’à 25-30 fois la masse de Jupiter (et donc être le siège de réactions thermonucléaires). Par ailleurs, certaines naines brunes, bien que formées par effondrement, ont une masse inférieure à 13 fois celle de Jupiter. De plus, il est extrêmement difficile de savoir si un objet a un noyau solide. La masse n’est donc pas un critère suffisant. Pour ne rien arranger, elle est souvent connue avec une grande incertitude.
L’impossibilité de définir une planète n’empêche pas que pour constituer un catalogue il faut choisir des critères, les moins arbitraires possibles, pour inclure ou pas un objet appelé exoplanète. En effet, une porte doit être ouverte ou fermée. Par chance, dans la distribution de la masse des compagnons d’étoiles il y a un creux marqué autour de 30 masses de Jupiter. Il est plus que raisonnable de penser qu’en-dessous de 30 masses de Jupiter un compagnon a plus de chance d’être une planète qu’une naine brune et que c’est l’inverse au-dessus de 30 masses de Jupiter. De plus la souplesse d’utilisation des catalogues en ligne, avec leurs filtrages multiples, permet à l’utilisateur d’éliminer les objets qui ne lui plaisent pas.

Les sources d’incertitudes du nombre d’exoplanètes
– D’abord, nous l’avons vu, il n’y a pas, et il ne peut pas y avoir de définition claire d’une exoplanète.
– De plus, l’incertitude sur la masse des objets détectés peut faire basculer la « planète » dans la catégorie « naine brune »
– L’expérience passée montre que certaines découvertes (heureusement très peu) ont été rétractées ultérieurement
– Certains objets de 10-30 fois la masse de Jupiter « flottent » dans le milieu interstellaire et on ne sait pas s’il s’agit de naines brunes ou de planètes expulsées d’un système planétaire.

L’avenir
Quoi qu’il en soit, un grand avenir s’ouvre pour l’étude des exoplanètes. Plusieurs grands instruments et télescopes sont en cours d’achèvement : le spectrographe Espresso (au VLT) qui devrait découvrir des planètes habitables par oscillation de leur étoile à partir de 2016, la caméra ELT-PCS (au futur l’E-ELT de l’ESO de 30 m de diamètre), la mission Gaia de l’ESA (lancement le 20 Novembre 2013) qui devrait détecter des milliers de planètes, la mission TESS de la NASA qui devrait détecter quelques centaines de planètes proches par transit à partir de 2017, le télescope spatial JWST (NASA/ESA) qui devrait observer et sans doute découvrir une centaine de planètes à partir de 2018. D’autres sont en cours d’évaluation à l’ESA (Echo, Plato). Enfin une communauté de 650 astronomes a proposé à l’ESA de faire des exoplanètes l’objet d’une grande mission spatiale autour de 2030 . Reste à l’Agence à faire le bon choix... Dans un avenir plus lointain (2050 ?) on sera même capable de cartographier les exoplanètes avec de plus en plus de détails.

Dernière modification le 2 octobre 2013