Depuis un peu plus de trente ans, les astronomes repoussent les frontières de l’exploration spatiale sans jamais voir directement leurs découvertes. En observant les infimes variations de lumière ou de mouvement des étoiles, ils ont déjà révélé l’existence de plus de 6 000 exoplanètes. Des mondes lointains, parfois situés à plus de quatre années-lumière, qui témoignent de l’extraordinaire ingéniosité scientifique déployée pour mieux comprendre notre place dans l’Univers.
Pourquoi les exoplanètes sont-elles si difficiles à repérer ?
Le principal obstacle tient à la résolution limitée des télescopes. Le télescope spatial Hubble, malgré sa puissance remarquable, possède un pouvoir de résolution de 0,05 seconde d’arc, ce qui équivaut à environ 1/72 000 de degré. Avec cette précision, il pourrait théoriquement distinguer une planète de la taille de Jupiter à une distance de 590 milliards de kilomètres. Cela semble impressionnant, mais cela ne représente que 0,06 année-lumière, alors que l’étoile la plus proche, Proxima Centauri, se trouve à 4,25 années-lumière.
L’autre difficulté majeure réside dans la faible luminosité des planètes. Si Jupiter brille dans notre ciel nocturne grâce à la lumière du Soleil qu’elle réfléchit, cette même lumière réfléchie est bien trop faible comparée à la lumière directe d’une étoile. Lorsqu’on observe une étoile lointaine, les planètes qui l’entourent sont tout simplement noyées dans son éclat. Cette limitation a poussé les astronomes à développer des techniques indirectes de détection, qui reposent sur l’observation des effets que les planètes produisent sur leurs étoiles.
La méthode des vitesses radiales : quand les étoiles vacillent
La première technique majeure exploite un phénomène contre-intuitif : les étoiles ne sont pas immobiles. Lorsqu’une planète orbite autour d’une étoile, elle exerce une force gravitationnelle qui fait légèrement vaciller l’étoile. En effet, selon la troisième loi de Newton, si l’étoile attire la planète, celle-ci attire également l’étoile en retour. Ce mouvement reste invisible à l’œil nu, mais il produit un effet détectable grâce à l’effet Doppler. Ce phénomène, similaire au changement de tonalité d’un train qui passe, s’applique également à la lumière. Quand l’étoile se rapproche de nous, sa lumière subit un décalage vers le bleu du spectre ; quand elle s’éloigne, elle se décale vers le rouge.
Les astronomes utilisent des spectroscopes pour mesurer ces minuscules changements de couleur sur plusieurs années. La difficulté vient de la vitesse de la lumière, qui atteint 300 millions de mètres par seconde, rendant ces décalages extrêmement subtils. Une fois la vitesse de déplacement de l’étoile et sa période d’oscillation déterminées, il devient possible de calculer la masse de la planète et sa distance orbitale. Cette information est cruciale pour identifier des planètes potentiellement habitables, situées dans la zone où l’eau peut exister à l’état liquide, ni trop près ni trop loin de leur étoile.
La méthode des transits : observer les mini-éclipses stellaires
La seconde technique majeure s’inspire des éclipses solaires et des transits de Vénus observés depuis la Terre. Lorsqu’une exoplanète passe devant son étoile du point de vue terrestre, elle bloque une infime partie de sa lumière. Cette diminution de luminosité, bien que minuscule, peut être détectée par des instruments suffisamment sensibles. C’est ainsi qu’a été découverte Kepler-10 b, une planète située à environ 725 années-lumière, confirmée ensuite par la méthode du vacillement stellaire.
L’analyse de la courbe de lumière, qui représente l’intensité stellaire en fonction du temps, révèle de nombreuses informations. La profondeur de la baisse d’intensité indique la taille de la planète : plus elle est grande, plus elle bloque de lumière. La durée du transit permet de déterminer la période orbitale et, combinée à la masse de l’étoile, de calculer la distance orbitale. En observant si ces baisses de luminosité se répètent régulièrement, les astronomes confirment la présence d’une véritable exoplanète. Il est même possible d’identifier plusieurs planètes autour d’une même étoile grâce à leurs signatures lumineuses distinctes.
Des limites qui sous-estiment le nombre réel de planètes
Ces deux méthodes présentent des contraintes importantes. L’effet Doppler devient de plus en plus difficile à détecter avec la distance. Pour la méthode des transits, l’alignement doit être parfait : si un système planétaire est orienté perpendiculairement à notre ligne de visée, aucun transit ne se produira. Seul un pourcentage infime des systèmes solaires satisfait cette condition géométrique. De plus, les deux techniques favorisent fortement la détection de grandes planètes proches de leur étoile, les fameux « Jupiter chauds », car ils produisent des signaux plus importants et plus fréquents.
Pour observer une planète de type terrestre, il faudrait au minimum trois ans pour obtenir trois transits acceptables. Quant à détecter une version extrasolaire de Pluton, avec son orbite de 250 ans, c’est pratiquement impossible. Presque toutes les exoplanètes connues se trouvent dans la Voie lactée, et la majorité sont plus grandes que la Terre, même si les planètes de taille terrestre sont probablement très courantes. Les 6 000 exoplanètes découvertes ne représentent donc que les cas où l’alignement était favorable. Les estimations actuelles suggèrent qu’il existerait environ 100 sextillions de planètes dans l’univers, soit un 1 suivi de 23 zéros.
En bref…
La découverte des exoplanètes illustre l’ingéniosité scientifique face à des défis techniques colossaux. Les méthodes des vitesses radiales et des transits ont permis d’identifier plus de 6 000 mondes lointains, mais elles ne révèlent qu’une fraction infime de la réalité. Avec potentiellement 100 sextillions de planètes dans l’univers, dont beaucoup pourraient être similaires à la Terre, ces découvertes nous rapprochent progressivement de la réponse à cette question ancestrale : sommes-nous seuls dans l’univers ? Les progrès technologiques futurs permettront sans doute de détecter des planètes toujours plus petites et lointaines, ouvrant la voie à l’identification de mondes véritablement habitables.
Pour aller plus loin : WIRED
