Les composants de l’Univers

La recherche d’exoplanètes a connu une croissance exponentielle ces dernières décennies.

Des milliers d’exoplanètes ont été confirmées. Ce nombre ne cesse d’augmenter au rythme des nouvelles observations et des améliorations des techniques de détection.

Les exoplanètes découvertes présentent une diversité étonnante en termes de taille, de masse, de composition et d’orbite. On trouve ainsi des planètes gazeuses géantes très proches de leur étoile (Jupiter chauds), des planètes rocheuses de taille similaire à la Terre dans la zone habitable, des systèmes multiplanétaires, et même des planètes orbitant autour de plusieurs étoiles.

Les prochaines années s’annoncent riches en découvertes et devraient nous permettre de répondre à certaines des questions les plus fondamentales sur notre place dans l’Univers.

La détection des exoplanètes est un défi technique qui nécessite des instruments de pointe et des analyses de données complexes. Chaque méthode présente ses avantages et ses inconvénients, et leur combinaison permet d’obtenir une image de plus en plus précise des systèmes planétaires extrasolaires. Les principales méthodes utilisées sont :

• La méthode des vitesses radiales: Cette méthode exploite l’effet Doppler-Fizeau. Lorsque une planète orbite autour de son étoile, elle exerce une légère traction gravitationnelle sur cette dernière, provoquant un minuscule mouvement de va-et-vient. Ce mouvement infime induit de très légers décalages dans les longueurs d’onde de la lumière émise par l’étoile. Pour détecter ces variations, on utilise des spectrographes à haute résolution couplés à de très grands télescopes. Ces instruments permettent de mesurer avec une précision extrême les variations de vitesse radiale de l’étoile.

• La méthode du transit: Cette méthode repose sur la détection de la baisse de luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant elle. Pour détecter ces minuscules variations de luminosité, on utilise des photomètres de haute précision, souvent installés sur des télescopes spatiaux pour éviter les perturbations atmosphériques. Des télescopes spatiaux dédiés à cette méthode, comme Kepler et TESS, ont permis de découvrir un grand nombre d’exoplanètes.

• La microlentille gravitationnelle: Ce phénomène se produit lorsqu’une étoile passe devant une autre étoile plus lointaine, amplifiant sa lumière. Si une planète orbite autour de l’étoile la plus proche, elle peut provoquer une légère déviation de la lumière, révélant ainsi sa présence. Cette méthode nécessite une surveillance continue de grandes zones du ciel et l’utilisation de télescopes terrestres équipés de caméras sensibles. Cette méthode permet de détecter des exoplanètes situées à de grandes distances, même dans le bulbe central de notre galaxie.

• Imagerie directe: Cette méthode consiste à prendre une image directe de la planète en séparant sa lumière de celle de son étoile. Elle permet donc d’étudier les propriétés physiques de la planète sans être limité par les effets de l’étoile hôte. Cela nécessite des instruments très performants, comme des coronographes (qui bloquent la lumière de l’étoile) et des systèmes d’optique adaptative pour corriger les effets de la turbulence atmosphérique. Cette méthode connait actuellement un fort développement.

• Astérosismologie: Cette méthode étudie les oscillations de l’étoile pour en déduire la présence de planètes. Elle nécessite des télescopes spatiaux équipés de photomètres très sensibles.

• Corot: Cette sonde de l’ESA/CNES, lancée en 2006, a permis de confirmer 32 exoplanètes.
• Kepler: Lancée en 2009 par la NASA, cette mission a révolutionné le domaine en découvrant plus de 2500 exoplanètes.
• TESS: Successeur de Kepler en 2018, cette sonde le la NASA s’est intéressée aux « superterres » (rayon > 2,5 rayon terrestre) et a permis de confirmer plus de 30 exoplanètes.
• Cheops: Cette mission de l’ESA, lancée en 2019, a permis de caractériser précisément les exoplanètes déjà recensées autour de 300 étoiles.

• JWST: Le télescope spatial James Webb, lancé en 2021, est capable d’analyser l’atmosphère des exoplanètes pour y rechercher des traces de vie.
• Plato: Prévue en 2026 par l’ESA, cette sonde caractérisera précisément plusieurs milliers d’exoplanètes.
• Nancy Grace Roman: Cette future mission prévue par la NASA en 2027 devrait permettre de recenser plusieurs dizaines de milliers de nouvelles exoplanètes.
• Ariel: Cette future mission de l’ESA, s’intéressera plus précisément, à partir de 2028, à l’atmosphère d’un millier d’exoplanètes.

Les enjeux actuels de la recherche

Les recherches sur les exoplanètes se concentrent actuellement sur plusieurs axes majeurs :

• Caractérisation atmosphérique : Les télescopes de nouvelle génération, comme le James Webb, permettent d’analyser en détail les atmosphères des exoplanètes, à la recherche de biosignatures (molécules associées à la vie, comme l’oxygène ou le méthane) et de comprendre la composition chimique de ces mondes lointains.
• Détection de planètes rocheuses dans la zone habitable : Les efforts se portent sur la découverte de planètes telluriques situées dans la zone habitable de leur étoile, où l’eau liquide pourrait exister à la surface, augmentant ainsi les chances de trouver des mondes potentiellement habitables.
• Étude des systèmes planétaires multiples : Les chercheurs s’intéressent de plus en plus aux systèmes planétaires comportant plusieurs planètes, afin de comprendre les processus de formation et d’évolution de ces systèmes et de déterminer si notre Système solaire est unique ou s’il existe de nombreux systèmes similaires.
• Développement de nouvelles méthodes de détection : L’utilisation de nouvelles technologies, comme la nanotechnologie (nanocapteurs : plus sensibles, plus petits, plus économiques) ou l’intelligence artificielle (traitement des données : détection automatisée, analyse des spectres lumineux, optimisation des stratégies d’observation), permettront de repousser les limites de l’exploration des exoplanètes et se rapprocher de la réponse à la question : sommes-nous seuls dans l’univers ?