Pendant d’innombrables générations, les êtres humains ont regardé le ciel nocturne et se sont demandé s’ils étaient seuls dans l’Univers. Avec la découverte d’autres planètes dans notre Système solaire, de la véritable étendue de la Voie Lactée et d’autres galaxies au-delà de la nôtre, cette question n’a fait que s’approfondir et s’approfondir.

Et alors que les astronomes et les scientifiques soupçonnaient depuis longtemps que d’autres systèmes stellaires de notre galaxie et de l’Univers avaient leurs propres planètes en orbite, ce n’est qu’au cours des dernières décennies qu’elles ont été observées. Au fil du temps, les méthodes de détection de ces « planètes extrasolaires” se sont améliorées et la liste de celles dont l’existence a été confirmée s’est allongée en conséquence (plus de 4000 et plus!)

Définition :

Une planète extrasolaire (alias. exoplanète) est une planète qui orbite autour d’une étoile (c’est-à-dire qui fait partie d’un système solaire) autre que la nôtre. Notre système solaire n’est qu’un parmi des milliards et beaucoup d’entre eux ont très probablement leur propre système de planètes. Dès le XVIe siècle, des astronomes ont émis l’hypothèse de l’existence de planètes extrasolaires.

La première mention enregistrée a été faite par le philosophe italien Giordano Bruno, un des premiers partisans de la théorie copernicienne. En plus de soutenir l’idée que la Terre et d’autres planètes orbitent autour du Soleil (héliocentrisme), il a avancé l’idée que les étoiles fixes sont similaires au Soleil et sont également accompagnées de planètes.

Au XVIIIe siècle, Isaac Newton a fait une suggestion similaire dans la section ”General Scholium » qui conclut ses Principia. Faisant une comparaison avec les planètes du Soleil, il a écrit: « Et si les étoiles fixes sont les centres de systèmes similaires, elles seront toutes construites selon un plan similaire et soumises à la domination d’Une Seule.”

Depuis l’époque de Newton, diverses affirmations de découverte ont été faites, mais toutes ont été rejetées par la communauté scientifique comme des faux positifs. Dans les années 1980, un groupe d’astronomes a affirmé avoir identifié des planètes extrasolaires dans des systèmes stellaires voisins, mais n’a pu confirmer leur existence que des années plus tard.

Premières découvertes :

L’une des raisons pour lesquelles les planètes extrasolaires sont si difficiles à détecter est qu’elles sont encore plus faibles que les étoiles en orbite. De plus, ces étoiles émettent de la lumière qui « lave” les planètes – c’est-à-dire les obscurcit de l’observation directe. En conséquence, la première découverte n’a été faite qu’en 1992 par les astronomes Aleksander Wolszczan et Dale Frail.

À l’aide de l’Observatoire d’Arecibo à Porto Rico, la paire a observé plusieurs planètes de masse terrestre en orbite autour du pulsar PSR B1257+12. Ce n’est qu’en 1995 que la première confirmation d’exoplanète autour d’une étoile de la séquence principale a été effectuée. Dans ce cas, la planète observée était 51 Pegasi b, une planète géante trouvée sur une orbite de quatre jours autour de l’étoile semblable au Soleil 51 Pegasi (à environ 51 années-lumière de notre Soleil).

Initialement, la plupart des planètes détectées étaient des géantes gazeuses similaires ou plus grandes que Jupiter – ce qui a conduit à l’invention du terme « Super-Jupiter”. Loin de suggérer que les géantes gazeuses étaient plus courantes que les planètes rocheuses (c’est-à-dire « ressemblant à la Terre »), ces découvertes étaient simplement dues au fait que les planètes de la taille de Jupiter sont simplement plus faciles à détecter en raison de leur taille.

La mission Kepler:

Nommé d’après l’astronome de la Renaissance Johannes Kepler, l’observatoire spatial Kepler a été lancé par la NASA le 7 mars 2009 dans le but de découvrir des planètes semblables à la Terre en orbite autour d’autres étoiles. Dans le cadre du programme Discovery de la NASA, une série de projets relativement peu coûteux axés sur la recherche scientifique, la mission de Kepler était de trouver des preuves de planètes extrasolaires et d’estimer le nombre d’étoiles de notre galaxie ayant des systèmes planétaires.

S’appuyant sur la méthode de détection du Transit (voir ci-dessous), la sole de Kepler a utilisé un photomètre pour surveiller en permanence la luminosité de plus de 145 000 étoiles de la séquence principale dans un champ de vision fixe. Ces données ont ensuite été transmises à la Terre où elles ont été analysées par les scientifiques pour rechercher tout signe de gradation périodique causé par des planètes extrasolaires transitant (passant) devant leur étoile hôte.

La durée de vie initiale prévue de la mission Kepler était de 3,5 ans, mais des résultats plus importants que prévu ont conduit à la prolongation de la mission. En 2012, la mission devait durer jusqu’en 2016, mais cela a changé en raison de la défaillance de deux des roues de réaction du vaisseau spatial – qui sont utilisées pour pointer le vaisseau spatial. Cela a désactivé la collecte de données scientifiques et menacé la poursuite de la mission.

Le 15 août 2013, la NASA a annoncé qu’elle avait renoncé à tenter de réparer les deux roues de réaction défaillantes et modifié la mission en conséquence. Plutôt que de supprimer Kepler, la NASA a proposé de changer la mission en utilisant Kepler pour détecter des planètes habitables autour d’étoiles naines rouges plus petites et plus faibles. Cette proposition, qui est devenue connue sous le nom de K2 « Second Light », a été approuvée le 16 mai 2014.

La mission K2 (qui a duré jusqu’à) s’est davantage concentrée sur des étoiles plus brillantes (telles que les étoiles de classe G et K). Au 6 février 2021, les astronomes ont confirmé la présence de 4 341 exoplanètes dans 3 216 systèmes planétaires, dont la majorité a été trouvée à l’aide des données de Kepler. Au total, la sonde spatiale a observé plus de 530 506 étoiles au cours de ses missions primaire et K2.

En novembre 2013, des astronomes ont rapporté (sur la base des données de la mission spatiale Kepler) qu’une étoile sur 5 de la voie Lactée pourrait avoir des planètes de la taille de la Terre en orbite dans leurs zones habitables – entre 40 et 80 milliards. Ils ont en outre estimé que 7 à 15% de ces planètes (en moyenne 5,6 milliards) orbitent autour d’étoiles semblables au Soleil – aka. séquence principale Naines jaunes de type G.

Planètes habitables:

La première exoplanète confirmée par Kepler à avoir une distance orbitale moyenne qui la plaçait dans la zone habitable de son étoile était Kepler-22b. Cette planète est située à environ 600 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cygne et a été observée pour la première fois le 12 mai 2009, puis confirmée le 5 décembre 2011. Sur la base de toutes les données obtenues, les scientifiques pensent que ce monde fait environ 2,4 fois le rayon de la Terre et a soit des océans, soit une coque extérieure aqueuse.

La découverte d’exoplanètes a également intensifié l’intérêt pour la recherche de vie extraterrestre, en particulier pour celles qui orbitent dans la zone habitable de l’étoile hôte. Aussi appelée « zone des boucles d’or », c’est la région du système solaire où les conditions sont suffisamment chaudes (mais pas trop chaudes) pour qu’il soit possible que de l’eau liquide (et donc de la vie) existe à la surface de la planète.

Avant le déploiement de Kepler, la grande majorité des exoplanètes confirmées relevaient de la catégorie de Jupiter ou plus grande. Cependant, au cours de ses missions, Kepler a réussi à identifier plus de 6000 candidats potentiels, dont beaucoup se classent dans les catégories de la taille de la Terre ou de la taille de la « Super-Terre”. Beaucoup d’entre eux sont situés dans la zone habitable de leurs étoiles parentes, et certains même autour d’étoiles semblables au Soleil.

Et selon une étude menée par le Centre de recherche Ames de la NASA, l’analyse des données de la mission Kepler indique qu’environ 24% des étoiles de classe M peuvent abriter des planètes potentiellement habitables de la taille de la Terre (c’est-à-dire celles qui sont plus petites que 1,6 fois le rayon de la Terre). Sur la base du nombre d’étoiles de classe M dans la galaxie, cela représente à lui seul environ 10 milliards de mondes potentiellement habitables ressemblant à la Terre.

Pendant ce temps, les analyses de la phase K2 suggèrent qu’environ un quart des plus grandes étoiles étudiées pourraient également avoir une planète de la taille de la Terre en orbite dans leurs zones habitables. Prises ensemble, les étoiles observées par Kepler représentent environ 70% de celles trouvées dans la Voie Lactée. On peut donc estimer qu’il y a littéralement des dizaines de milliards de planètes potentiellement habitables dans notre seule galaxie.

Méthodes de détection:

Alors que certaines exoplanètes ont été observées directement avec des télescopes (un processus appelé « Imagerie directe »), la grande majorité ont été détectées par des méthodes indirectes telles que la méthode du transit et la méthode de la vitesse radiale. Dans le cas de la Méthode de transit (aka. Photométrie de transit), une planète est observée lors de la traversée de la trajectoire (c’est-à-dire en transit) devant le disque de son étoile parente.

Lorsque cela se produit, la luminosité observée de l’étoile diminue légèrement. Cela peut être utilisé pour déterminer le rayon de la planète et peut parfois permettre d’étudier l’atmosphère d’une planète par spectroscopie. Cependant, elle souffre également d’un taux important de faux positifs et nécessite qu’une partie de l’orbite de la planète croise une ligne de visée entre l’étoile hôte et la Terre.

En conséquence, la confirmation d’une autre méthode est généralement considérée comme nécessaire. Néanmoins, elle reste la méthode la plus utilisée et est responsable de plus de découvertes d’exoplanètes que toutes les autres méthodes combinées. Le Télescope spatial Kepler et le TESS ont tous deux été spécialement conçus pour effectuer ce type de photométrie (voir ci-dessus).

La Vitesse radiale (ou méthode Doppler) consiste à mesurer la vitesse radiale de l’étoile, c’est–à-dire la vitesse avec laquelle elle se déplace vers ou loin de la Terre. Le est un moyen de détecter les planètes car, lorsque les planètes orbitent autour d’une étoile, elles exercent une influence gravitationnelle qui fait que l’étoile elle-même se déplace sur sa propre petite orbite autour du centre de masse du système. Cette méthode présente l’avantage d’être applicable à des étoiles présentant un large éventail de caractéristiques.

Cependant, l’un de ses inconvénients est qu’il ne peut pas déterminer la véritable masse d’une planète, mais ne peut fixer qu’une limite inférieure à cette masse. Il reste la deuxième technique la plus efficace utilisée par les chasseurs d’exoplanètes. D’autres méthodes comprennent la Variation du Temps de Transit (TTV) et la Microlentille gravitationnelle. Le premier s’appuie sur la mesure des variations des temps de transit d’une planète pour déterminer l’existence d’autres.

Cette méthode est efficace pour déterminer l’existence de plusieurs planètes en transit dans un même système, mais nécessite que l’existence d’au moins une planète soit déjà confirmée. Dans une autre forme de méthode, le chronométrage des éclipses dans une étoile binaire à éclipses peut révéler une planète extérieure qui orbite autour des deux étoiles. En février 2020, 21 planètes ont été trouvées avec cette méthode tandis que de nombreuses autres ont été confirmées.

Dans le cas de la Microlentille gravitationnelle, cela fait référence à l’effet que peut avoir le champ gravitationnel d’une étoile, agissant comme une lentille pour magnifier la lumière d’une étoile de fond distante. Les planètes en orbite autour de cette étoile peuvent provoquer des anomalies détectables dans le grossissement au fil du temps, indiquant ainsi leur présence. Cette technique est efficace pour détecter les étoiles qui ont des orbites plus larges (1-10 AUs) à partir d’étoiles semblables au Soleil.

D’autres méthodes existent, et – seules ou en combinaison – ont permis la détection et la confirmation de plus de quatre mille exoplanètes, tandis que 5 742 autres candidates attendent la confirmation. Parmi celles-ci, 1473 (34%) étaient des géantes gazeuses comparables à Neptune (semblables à Neptune), tandis que 1359 (31%) étaient des géantes gazeuses comparables à Jupiter (semblables à Jupiter).

1340 autres planètes (31%) sont des planètes terrestres plusieurs fois plus massives que la Terre (Super-Terres) tandis que 163 sont comparables à la Terre en termes de taille et de masse (4%). 6 autres exoplanètes ont été détectées et confirmées qui restent non classifiées.

La plus proche de la Terre

Le 24 août 2016, l’ESO a confirmé l’existence d’une exoplanète rocheuse de la taille de la Terre en orbite autour de Proxima Centauri, une étoile de type M (naine rouge) située à 4,25 années-lumière. Cela fait de cette exoplanète particulière, connue sous le nom de Proxima b, l’exoplanète la plus proche de la Terre. Tout aussi important est le fait qu’on pense qu’elle orbite dans la zone habitable de Proxima Centauri.

La découverte a été faite par la campagne Pale Red Dot et une équipe d’astronomes dirigée par le Dr Guillem Anglada-Escudé de l’Université Queen Mary de Londres. Basé sur des observations effectuées à l’aide des spectrographes HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) et UVE (Ultraviolet and Visual Echelle) de l’Observatoire de La Silla et du Very Large Telescope de l’ESO.

Sur la base des données obtenues par la campagne de Points Rouges pâles et des observations ultérieures, Proxima b est estimée à 1,2 fois plus massive que la Terre et entre une et 1,3 fois sa taille. Elle orbite autour de son étoile parente à une distance d’environ 0,05 UA (7,5 millions de km; 4,6 millions) et ne prend que 11,2 jours pour compléter une seule orbite. Comme beaucoup de planètes rocheuses en orbite autour d’étoiles de type M, Proxima b est censée être verrouillée par les marées.

Compte tenu de la nature ténue des étoiles de type M et de leur tendance à produire de puissantes éruptions, on ne sait pas si Proxima b pourrait maintenir une atmosphère et de l’eau liquide à sa surface au fil du temps. Plusieurs études et modèles climatiques ont été réalisés pour déterminer la probabilité que Proxima b puisse soutenir la vie, mais aucun consensus scientifique n’a émergé.

D’une part, de multiples études ont conclu que l’activité des éruptions solaires de son étoile hôte rayerait inévitablement Proxima b de son atmosphère et irradierait la surface. Pendant ce temps, d’autres recherches et modélisations ont révélé que si Proxima b a un champ magnétique, une atmosphère dense et beaucoup d’eau de surface et de couverture nuageuse, les chances qu’elle soit habitable sont encourageantes.

En janvier 2020, une équipe d’astronomes dirigée par l’INAF a annoncé la détection possible d’une deuxième planète autour de Proxima Centauri (en utilisant des mesures de vitesse radiale). Selon le document de l’équipe de recherche, leurs mesures ont indiqué la présence d’une mini-Neptune (Proxima c) en orbite autour de son étoile parente à une distance de 1,5 UA (~ 224,4 millions de km; ~ 139,4 millions de mi).

En juin 2020, une équipe d’astronomes de l’Observatoire McDonald de l’Université du Texas a utilisé des mesures de vitesse radiale recueillies par Hubble (il y a 25 ans) pour confirmer la présence de Proxima c. Leurs recherches ont également imposé des contraintes plus strictes sur la masse et la période orbitale de la planète, qui sont maintenant estimées à 0.8 masses de Jupiter et ~1900 jours, respectivement.

En décembre 2020, les astronomes du radiotélescope de Parkes en Australie ont annoncé la détection d’un signal radio ”alléchant » provenant de la direction de Proxima Centauri. Le signal a été capté entre avril et mai 2019 dans le cadre d’une campagne d’observation d’écoute révolutionnaire. Ce signal, Breakthrough Listen Candidate 1 (BLC1), a duré 30 heures et a montré un certain nombre de caractéristiques curieuses.

Par exemple, le signal était une émission à bande étroite extrêmement forte – à 982 mégahertz (MHz) – qui semblait subir un changement de fréquence (aka. Décalage Doppler). Selon divers astrophysiciens, cela correspond à une source en mouvement (c’est-à-dire une planète en orbite autour de son étoile). Cependant, la communauté scientifique a depuis annoncé qu’il est peu probable que le signal soit autre chose que le résultat de phénomènes naturels.

Missions actuelles

Le 18 avril 2018, la NASA a lancé le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) vers l’espace. Cette mission a effectivement repris la piste tracée par Kepler, en utilisant la même méthode mais des instruments supérieurs pour surveiller des milliers d’étoiles simultanément. Équipée de quatre télescopes grand angle et de détecteurs associés à un dispositif à couplage de charge (CCD), TESS réalise actuellement le premier relevé d’exoplanètes en transit dans tout le ciel dans l’espace.

La mission principale de TESS a duré deux ans – se terminant officiellement le 5 juillet 2020 – suivie par l’annonce par la NASA d’une prolongation de 27 mois le 12 août. Pour la première année de sa mission étendue, TESS ré-observera l’hémisphère sud de l’écliptique (qu’elle a surveillé pendant sa mission primaire) et les 15 prochains mois surveilleront l’art de l’hémisphère nord de l’écliptique et d’environ 60% de l’écliptique.

Au cours de sa mission primaire, TESS a scanné environ 75% du ciel et a sondé 200 000 des étoiles les plus brillantes proches du Soleil à la recherche de signes d’exoplanètes en transit. Au 6 février 2021, la mission TESS a détecté un total de 2 487 exoplanètes et en a confirmé 107, allant des candidats terrestres aux super-Jupiters.

En outre, l’Observatoire Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA) a continué à surveiller les positions précises, les mouvements appropriés et les orbites de plus d’un milliard d’étoiles, de planètes, de comètes, d’astéroïdes et de quasars. Cette mission a commencé ses activités en 2013 (la même année que le télescope spatial Herschel de l’ESA a pris sa retraite) et sa mission principale devait durer cinq ans.

Actuellement, Gaia est dans une partie prolongée de sa mission qui durera jusqu’au 31 décembre 2022, bien qu’elle devrait recevoir une autre prolongation jusqu’au 31 décembre 2025. À ce jour, la mission est en fonctionnement continu depuis 7 ans, 1 mois et 18 jours, et continuera à cartographier le cosmos dans le but de créer le catalogue spatial 3D le plus grand et le plus précis jamais réalisé.

Une autre mission de chasse aux exoplanètes supervisée par l’ESA est le Satellite de caractérisation des exoplanètes (CHEOPS), qui a été lancé le. 18e, 2019, et est la première mission de petite classe du programme Cosmic Vision science de l’ESA. D’ici la fin de sa mission primaire (prévue mi-2023), CHEOPS étudiera les exoplanètes connues afin d’obtenir des estimations plus précises de leur masse, de leur densité, de leur composition et de leur formation.

Et bien sûr, il y a le vénérable télescope spatial Hubble, qui fonctionne depuis plus de 30 ans ! En plus de faire des découvertes profondes qui ont modifié notre perception de l’Univers qui nous entoure (comme la mesure du taux d’expansion cosmique, menant à la théorie de l’Énergie noire), Hubble a également joué un rôle essentiel dans la détection et la caractérisation des exoplanètes.

Par exemple, au début de sa mission, Hubble a détecté des disques de débris autour d’étoiles lointaines (à partir desquelles se forment des planètes) ainsi que des systèmes planétaires en cours de formation. Pendant ce temps, les archives des observations passées de Hubble ont permis aux astronomes de remonter en arrière et de trouver des preuves de transits de planètes devant leurs étoiles, ainsi que de fournir des spectres qui ont permis de caractériser les atmosphères des exoplanètes.

Les nombreuses années d’observation de Hubble ont également aidé les astronomes à en apprendre davantage sur la diversité des exoplanètes et à établir la méthode actuelle de classification des exoplanètes. En plus de tout cela, Hubble a beaucoup appris aux astronomes sur la diversité des étoiles parentes et sur la façon dont leurs caractéristiques peuvent influencer l’habitabilité d’une planète.

Missions futures

Dans les années à venir, plusieurs télescopes spatiaux de nouvelle génération seront envoyés dans l’espace pour aider à la chasse continue aux exoplanètes habitables. Le 31 octobre 2021, le très attendu Télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA sera lancé à sa position au Point de Lagrange Soleil-Terre L2. Cette mission sera le télescope spatial le plus grand et le plus sophistiqué à ce jour et devra passer par une phase de déploiement complexe une fois qu’il sera en position.

Grâce à sa suite infrarouge (IR) très sophistiquée et à ses coronographes bloquant la lumière, le JWST sera capable de détecter des exoplanètes de masse inférieure qui orbitent plus près de leurs étoiles. C’est là que la plupart des planètes rocheuses semblables à la Terre qui orbitent dans la zone habitable d’une étoile (et sont donc considérées comme « potentiellement habitables”) devraient être trouvées.

Jusqu’à présent, les télescopes spatiaux existants n’ont pas la résolution ou la sensibilité pour étudier ces planètes par imagerie directe. Les télescopes existants n’ont pas non plus été en mesure d’obtenir des spectres de planètes rocheuses plus petites lorsqu’ils transitent devant leurs étoiles. Cependant, les instruments JWST seront en mesure de déterminer la composition chimique des atmosphères d’exoplanètes en examinant les longueurs d’onde IR absorbées et / ou rayonnées.

Il y a aussi le Télescope spatial romain Nancy Grace, une mission successeur surnommée la « Mère de Hubble. »Peigner un 2.miroir primaire de 4 mètres (pi) avec la caméra IR de l’Instrument à grand champ, un coronographe, un spectromètre et un grand champ de vision, le télescope spatial romain sera en mesure d’apporter la même netteté d’image de Hubble à une zone du ciel 100 fois plus grande.

L’ESA prépare également une série d’observatoires de nouvelle génération, comme le télescope spatial PLATON (PLAnetary Transits and Oscillations of stars). Cette mission observera jusqu’à un million d’étoiles pour des transits planétaires, tentera de caractériser leurs atmosphères et caractérisera les étoiles en mesurant leurs oscillations. Il s’agira de la troisième mission de classe moyenne du programme Cosmic Vision de l’ESA et son lancement est prévu courant 2022.

Cette mission sera suivie de la quatrième mission moyenne de Cosmic Vision, connue sous le nom d’ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey). Cette mission, qui sera lancée courant 2029, observera au moins 1000 exoplanètes connues lors de leur transit devant leurs étoiles pour étudier et caractériser la composition et les structures thermiques de leurs atmosphères.

Il y a tout un Univers de mondes à découvrir, et nous avons à peine gratté la surface!

Univers a aujourd’hui de nombreux articles intéressants sur les exoplanètes. Voici Ce Que Signifie Même ”Earthlike » & Devrait-Il S’Appliquer À Proxima Centauri b?, En Se Concentrant Sur Les Candidats « Seconde Terre » Dans Le Catalogue Kepler, Nouvelle Technique pour Trouver Des Exoplanètes De Type Terrestre, Exoplanète Potentiellement Habitable Confirmée Autour De L’Étoile La Plus Proche!, Planetary Habitability Index Propose Une Vue Moins « Centrée Sur La Terre » À La Recherche De Vie, Les Exoplanètes Habitables De Type Terre Pourraient Être Plus Proches Que Nous Ne Le Pensons.

Pour plus d’informations, consultez la page d’accueil de Kepler à la NASA. La page de la Planetary Society sur les exoplanètes est également intéressante, tout comme l’archive des exoplanètes de la NASA – qui est maintenue avec l’aide de Caltech.

La distribution d’astronomie a un épisode sur le sujet – Épisode 2: À la recherche d’autres mondes.