Exoplanètes — Des mondes au-delà du Soleil
Du premier vacillement autour de 51 Pegasi à une planète orbitant notre plus proche voisine stellaire — un guide des mondes que nous avons découverts, comment nous les avons trouvés, et où les chercher dans votre propre ciel.
Sommaire
Qu'est-ce qu'une exoplanète ?
Une exoplanète — abréviation de « planète extrasolaire » — est une planète qui orbite autour d'une étoile autre que le Soleil. Pendant la majeure partie de l'histoire humaine, nous ne connaissions que huit planètes — les mondes de notre propre système solaire. Aujourd'hui, le compte dépasse 5 800 confirmées, et augmente chaque mois.
Ce nombre est lui-même une énorme sous-estimation. Le télescope spatial Kepler de la NASA — une mission de chasse aux planètes qui a fixé un seul coin de la Voie lactée de 2009 à 2018, surveillant environ 150 000 étoiles à la recherche de l'atténuation périodique causée par les planètes en transit — a produit assez de statistiques pour suggérer que pratiquement chaque étoile de la galaxie héberge au moins une planète, et que les petits mondes rocheux sont plus communs que les géantes gazeuses. La Voie lactée contient quelques centaines de milliards d'étoiles. L'implication est que les planètes ne sont pas de rares accidents cosmiques — elles sont la règle.
Aucun de ces mondes ne peut être vu sous forme de disque dans un télescope amateur (ni même dans la plupart des télescopes professionnels). Presque toutes les exoplanètes confirmées ont été détectées indirectement — par de minuscules effets qu'elles ont sur la lumière de leur étoile hôte. Les étoiles hôtes elles-mêmes, en revanche, sont tout à fait à portée. Certaines sont assez brillantes pour être repérées à l'œil nu par une nuit sombre.
Une brève histoire
Pendant des siècles, l'existence d'autres planètes était une question philosophique. Les premières détections confirmées ne sont venues que dans les années 1990, et elles sont venues dans un ordre que personne n'avait prévu.
Les toutes premières exoplanètes confirmées furent découvertes en orbite autour de PSR B1257+12, un pulsar milliseconde dans la Vierge. Aleksander Wolszczan et Dale Frail mesurèrent des irrégularités temporelles dans le faisceau du pulsar et montrèrent qu'elles devaient être causées par des corps en orbite. Deux petites planètes furent annoncées ; une troisième suivit en 1994. Les pulsars sont des cadavres stellaires, ces mondes n'étaient donc pas ceux que quiconque espérait trouver — mais ils prouvaient que des planètes existaient ailleurs.
Michel Mayor et Didier Queloz annoncèrent une planète autour de 51 Pegasi (aujourd'hui officiellement nommée Helvetios), une étoile de type G parfaitement ordinaire située à 50 années-lumière. La planète, 51 Pegasi b, est un monde de masse jovienne qui tourne autour de son étoile en seulement 4,2 jours. Rien dans les manuels ne prédisait que des géantes gazeuses pouvaient exister aussi près de leurs étoiles ; la découverte a réécrit la théorie de la formation planétaire du jour au lendemain. Mayor et Queloz ont partagé le prix Nobel de physique 2019 pour ces travaux.
Pointée vers une seule portion de ciel dans le Cygne et la Lyre, la mission Kepler de la NASA a à elle seule multiplié la population connue d'exoplanètes d'un ordre de grandeur et a prouvé que les petits mondes de la taille de la Terre sont communs. TESS, le successeur de Kepler couvrant tout le ciel, lancé en 2018, ajoute des cibles proches depuis lors.
L'Observatoire européen austral a annoncé Proxima Centauri b — une planète d'environ une masse terrestre orbitant la naine rouge Proxima Centauri dans sa zone habitable. Proxima est l'étoile la plus proche du Soleil, à seulement 4,24 années-lumière. Soudain, l'exoplanète connue la plus proche était aussi un monde rocheux potentiellement tempéré. C'est le système d'exoplanètes le plus étudié que nous ayons, et la cible la plus plausible pour toute future sonde interstellaire.
Comment nous les trouvons
Une planète est des millions ou des milliards de fois plus faible que son étoile et se trouve noyée dans son éclat. Cinq techniques ont produit la quasi-totalité des détections confirmées.
Une planète et son étoile orbitent toutes deux autour de leur centre de masse commun. Lorsque l'étoile se déplace vers nous, sa lumière est légèrement décalée vers le bleu ; lorsqu'elle s'éloigne, légèrement vers le rouge. Des spectrographes à haute résolution peuvent mesurer ces décalages jusqu'à ~1 m/s — une vitesse de marche. C'est ainsi que 51 Pegasi b a été découverte et que Proxima b a été confirmée. Optimal pour les planètes massives et proches.
Si l'orbite d'une planète est vue par la tranche depuis notre point de vue, elle passe devant son étoile une fois par orbite, bloquant une infime fraction de la lumière — typiquement de 0,01 % à 1 %. Des baisses répétées et périodiques trahissent une planète. C'est la méthode reine pour Kepler et TESS, et elle représente la majorité de toutes les exoplanètes connues. La géométrie doit coopérer, donc les transits ne saisissent qu'une petite fraction des planètes existantes, mais celles qu'ils saisissent sont extrêmement bien caractérisées : nous obtenons le rayon de la planète, et les mesures de vitesse radiale de suivi donnent la masse et donc la densité.
La méthode la plus difficile — photographier littéralement la planète. Elle exige une planète jeune, brillante, auto-lumineuse, loin de son étoile, plus une optique héroïque (coronographes, optique adaptative, écrans stellaires) pour supprimer l'éclat de l'hôte. Le succès classique est le système à quatre planètes autour de HR 8799, où les quatre géantes ont été résolues et suivies le long de leurs orbites. Beta Pictoris b est une autre référence. La méthode produit aussi des récits avertisseurs : la célèbre « image » Hubble de Fomalhaut b (2008) s'est avérée plus tard, par Gáspár & Rieke (2020), être un nuage de poussière en expansion issu d'une collision de planétésimaux, pas une planète du tout. L'imagerie directe nous donne des spectres de l'atmosphère même de la planète, qui sont autrement extrêmement difficiles à obtenir.
Lorsqu'une étoile passe précisément devant une autre, sa gravité courbe et amplifie la lumière de l'étoile d'arrière-plan. Une planète autour de l'étoile de premier plan ajoute un bref pic secondaire à cette amplification. La microlentille est sensible aux planètes à grandes distances orbitales et même aux planètes errantes flottant librement sans étoile hôte du tout — une population estimée rivaliser avec le compte d'étoiles.
L'astrométrie mesure le minuscule vacillement latéral d'une étoile contre le ciel — la mission Gaia de l'ESA devrait livrer des milliers de détections par cette voie. Le chronométrage de pulsar surveille la cadence du faisceau radio d'un pulsar pour déceler des retards induits par l'orbite ; c'est exquisément précis mais ne fonctionne que pour la rare poignée d'étoiles qui sont des pulsars.
Étoiles hôtes célèbres que vous pouvez observer
Vous ne pouvez pas voir les planètes elles-mêmes, mais vous pouvez tout à fait voir leurs soleils. Pointer un télescope vers une étoile dont vous savez qu'elle abrite d'autres mondes est un petit plaisir tranquille que rien d'autre dans l'observation n'égale tout à fait.
Hôtes brillantes — à l'œil nu ou aux jumelles
Une géante orange facilement visible à l'œil nu. Pollux b est une planète de classe jovienne sur une orbite de 1,6 an, découverte par vitesse radiale en 2006.
L'étoile simple de type solaire la plus proche, à seulement 11,9 années-lumière. Plusieurs candidates super-Terre ont été signalées, deux d'entre elles potentiellement dans la zone habitable. Un classique de longue date de la science-fiction pour de bonnes raisons.
Une jeune naine de type K à 10,5 années-lumière avec une planète connue de masse jovienne et au moins deux ceintures de débris — un système qui ressemble probablement à notre propre système solaire dans sa jeunesse.
En 1999, elle est devenue la première étoile de type solaire confirmée héberger plusieurs planètes. Au moins quatre sont aujourd'hui connues.
Le nom phare de l'histoire des exoplanètes — la première étoile ordinaire jamais confirmée héberger une planète (1995). Visible à l'œil nu sous un ciel sombre et une cible confortable aux jumelles depuis n'importe où.
Hôtes faibles — les cibles télescopiques des naines rouges
La plupart des planètes de la galaxie orbitent autour de naines M — des étoiles rouges petites, froides et abondantes. Individuellement, elles sont faibles, mais les plus proches sont à portée de tout télescope décent.
L'hôte d'exoplanète connue la plus proche, point final. Une naine rouge à 4,24 années-lumière, gravitationnellement liée à la brillante paire Alpha Centauri AB. Proxima b (2016) est d'environ une masse terrestre et orbite dans la zone habitable ; une seconde planète, Proxima c, a été ajoutée en 2019. Alpha Cen A et B elles-mêmes ont une longue histoire de revendications de planètes, incluant Alpha Cen Bb (annoncée en 2012, rétractée en 2015) et une candidate non confirmée dans l'infrarouge moyen au JWST autour d'Alpha Cen A (2021) — mais aucun monde confirmé pour l'instant. Une cible exigeante depuis le nord de l'Europe (déclinaison −62°) mais à voir absolument depuis les latitudes méridionales.
Un système proche de naine M devenu célèbre dans les années 2000 comme premier endroit où des super-Terres en zone habitable furent revendiquées. Plusieurs de ses planètes sont confirmées ; d'autres restent débattues. Un système historiquement important.
Un système à quatre planètes autour d'une naine M — le premier système multi-planétaire trouvé autour d'une naine rouge, et le premier à montrer une preuve claire de résonance orbitale entre ses planètes géantes.
Quels types de mondes existent là-bas ?
La plus grande surprise de l'ère des exoplanètes est à quel point la plupart de ces mondes nous sont étrangers. Le système solaire, il s'avère, n'est pas un échantillon représentatif.
Des géantes gazeuses de la taille de Jupiter ou plus grandes, orbitant leur étoile plus près que Mercure n'orbite le Soleil. Des températures de surface de 1 000 à 3 000 K. Elles sont faciles à détecter et furent le premier type de planète trouvé autour d'une étoile de type solaire — 51 Pegasi b en est le prototype.
Les types de planètes les plus communs dans la galaxie. Les super-Terres sont des mondes rocheux de 1 à 2× le rayon de la Terre ; les mini-Neptunes sont légèrement plus grandes (2 à 4×) avec d'épaisses enveloppes gazeuses. Rien de tel n'existe dans notre propre système solaire — l'écart entre la Terre et Neptune est une particularité du système planétaire du Soleil, pas un schéma universel.
Des mondes dont l'année entière dure quelques heures. Certains sont si proches de leurs étoiles que la surface est de la roche en fusion et l'atmosphère, s'il y en a une, est de la vapeur de roche.
Des mondes flottant librement à travers l'espace interstellaire sans étoile hôte. Les relévés de microlentille suggèrent qu'elles pourraient être aussi nombreuses que les étoiles elles-mêmes — une énorme population sombre et dispersée.
Le Graal. Approximativement de la taille de la Terre, approximativement de la masse de la Terre, orbitant dans la zone habitable d'une étoile à longue durée de vie. Nous avons une poignée de candidates plausibles — Proxima b, les mondes intérieurs de TRAPPIST-1, plusieurs candidates à Tau Ceti — mais pas encore de jumeau ferme.
La zone habitable
La zone habitable est la bande de distances orbitales autour d'une étoile où une planète rocheuse dotée du bon type d'atmosphère pourrait plausiblement maintenir de l'eau liquide à sa surface. Trop près, et les océans s'évaporent ; trop loin, et ils gèlent.
Pour le Soleil, la zone va approximativement de l'intérieur de l'orbite terrestre à au-delà de Mars. Pour une naine rouge froide comme Proxima Centauri, elle se trouve beaucoup plus près — à quelques pour cent de la distance Terre-Soleil. C'est pourquoi Proxima b, avec une orbite de 11 jours, est toujours une candidate de zone habitable : son étoile est bien plus froide que la nôtre.
« Zone habitable » signifie seulement que l'eau liquide est géométriquement possible. Cela ne garantit pas une atmosphère, une magnétosphère, ou quoi que ce soit ressemblant à un climat tempéré. Mars est techniquement à l'intérieur de la zone habitable du Soleil, et pourtant nous voilà. Néanmoins, c'est le bon endroit pour commencer à chercher, et le compte de planètes confirmées en zone habitable — visible en haut du catalogue des exoplanètes — est l'un des nombres les plus surveillés du domaine.
Explorer le catalogue
Nightbase reproduit l'intégralité de l' archive d'exoplanètes de la NASA : chaque exoplanète confirmée, son étoile hôte, sa méthode de découverte, son orbite, et ses propriétés mesurées.
Ouvrir l'explorateur d'exoplanètes →
Filtrez par méthode de découverte (vitesse radiale, transit, imagerie…), par rayon de planète, ou selon que la planète se trouve dans la zone habitable de son étoile. Triez par année, distance, période ou masse. La chronologie de découvertes en haut de la page est un bon point de départ — elle raconte l'histoire de trois décennies de détections en un coup d'œil.
