A la recherche des exoplanètes porteuses de la vie

[Sylvain VellaEquipe du forum]

Un entretien avec l'astrophysicienne Valérie Van Grootel

Valérie Van Grootel est une jeune astrophysicienne belge, chercheuse à l'Institut d'astrophysique et de géophysique de l'université de Liège. Comme elle est engagée dans les missions Cheops et Plato, de l'Agence spatiale européenne (ESA), qui travailleront sur les exoplanètes, je lui ai demandé de décrire les directions que prend l'exploration des planètes extrasolaires pour la décennie à venir.
Vous êtes le premier auteur d'une étude à paraître dans The Astrophysical Journal, qui décrit la planète extrasolaire HD 97658b. Qu'a-t-elle de particulier ?



HD 97658b est une super-Terre, c’est-à-dire une planète dont la taille est comprise entre celle de la Terre et celle de Neptune (voir ci-contre). Ce sont les exoplanètes les plus convoitées à l’heure actuelle : les études statistiques les plus récentes réalisées avec le télescope spatial Kepler ont montré que plus de la moitié des étoiles comme le Soleil possèdent une super-Terre, alors que ce type de planète n’existe pas dans notre système solaire. On se pose donc beaucoup de questions sur leur nature : rocheuses comme la Terre, boules de glace, planètes-océans ou encore mini-Neptune gazeuses ?
Pour HD 97658b, nous avons pu mesurer à la fois la masse et le rayon de la planète, ce qui permet de connaître sa composition : elle possède un gros cœur rocheux représentant au moins 60% de sa masse totale, surmonté d’un manteau de glace. Elle possède également une très fine atmosphère, dont l’étude est en cours avec le télescope spatial Hubble. HD 97658b, en orbite autour d’une étoile très brillante, représente « le mieux » de ce que l’on peut faire à l’heure actuelle : connaître plus ou moins précisément la composition interne, étudier l’atmosphère dans les grands traits.

L'an prochain, on fêtera les 20 ans de la découverte de la première planète extrasolaire. Aujourd'hui, on approche des 2 000 exoplanètes. Après avoir beaucoup travaillé sur la détection, il est temps de passer à la description, la caractérisation de ces astres. Quelles sont les limites actuelles à cette approche qualitative et que visent les astronomes pour les années qui viennent ?


A l’heure actuelle, la majorité des exoplanètes a été découverte par deux méthodes : la méthode des vitesses radiales (lorsque l’on détecte le petit déplacement de l’étoile induit par la présence de la planète), qui donne accès à la masse de la planète, et la méthode des transits (lorsque la planète passe exactement entre son étoile et nous), qui permet d’en mesurer le rayon. La première méthode utilise des instruments installés sur des télescopes au sol et se focalise sur les étoiles brillantes, tandis que la seconde est utilisée surtout par les missions spatiales (comme CoRoT et Kepler) pour détecter des planètes autour d’étoiles faiblement lumineuses, qu’on ne peut pas étudier avec les télescopes au sol. A l’heure actuelle, il y a très peu d’exoplanètes dont on connaît à la fois la masse et le rayon ! Or, si l’on veut savoir de quoi elles sont composées et en quelles proportions, si l'on veut savoir si elles ont une atmosphère conséquente ou non, il est nécessaire de mesurer les deux : c’est l’objectif numéro un des années à venir. A plus long terme, d’ici une petite dizaine d’années, on veut étudier l’atmosphère de ces exoplanètes, avec comme principal but d’y chercher des biosignatures, c’est-à-dire des traces de vie.
Vous faites partie de l'équipe scientifique de la mission Cheops, de l'ESA, qui partira en 2017. Quels sont ses capacités et ses objectifs ?
Cheops se focalisera sur les planètes dont on connaît l’existence et dont on a mesuré la masse, et cherchera des transits pour mesurer le rayon de la planète. La probabilité que celle-ci passe exactement entre son étoile et nous est assez faible, mais Cheops augmentera ses chances en répétant l’exercice sur des centaines voire des milliers de planètes ! C’est vraiment le premier satellite conçu pour étudier en détail les planètes que l’on connaît déjà, même s'il devrait aussi en découvrir de nouvelles. En mesurant le rayon et la masse de divers types d’exoplanètes, en particulier pour les super-Terre, qui constitueront véritablement le cœur de la mission, Cheops permettra de mieux connaître la nature et la diversité des exoplanètes, et de mieux comprendre comment elles se forment et évoluent. Cheops fournira aussi des cibles en or pour l’étude de l’atmosphère des exoplanètes avec les instruments appropriés, comme le James Webb Space Telescope, le successeur de Hubble, qui sera lancé d’ici à la fin de la décennie.

Quelles sont les différences avec la mission Plato, qui vient d'être sélectionnée par l'ESA pour 2024 et à laquelle vous êtes aussi associée ?


Plato est une mission à plus gros budget, techniquement plus complexe, et scientifiquement encore plus ambitieuse. Pour observer simultanément une grande partie du ciel, Plato sera constitué de trente-quatre petits télescopes. Sa très haute sensibilité et sa très longue durée d’observation permettront de découvrir pour la première fois des planètes de la même taille que la Terre et potentiellement habitables, c’est-à-dire situées à la bonne distance de leur étoile-hôte (ni trop près, comme c’est le cas pour presque toutes les exoplanètes connues pour le moment, ni trop loin) pour que la présence d’eau liquide soit possible. Notre propre exemple montre que l’eau liquide est le milieu idéal pour que la vie puisse se développer. Peut-être des formes de vie pourraient-elles se développer dans un autre milieu que l’eau liquide, mais c’est beaucoup plus hypothétique. On cherche donc d’abord ce que l’on connaît ! Dans un autre registre, Plato permettra aussi de découvrir des planètes autour d’étoiles en fin de vie, comme les naines blanches : cela nous permettra de mieux comprendre le destin des systèmes planétaires... dont celui de notre système solaire.

On parle beaucoup des planètes mais bien moins souvent de leurs étoiles-hôtes. Pourtant, pour décrire les premières, il faut bien connaître les secondes...


Oui, parfaitement ! En fait, on ne mesure la masse et le rayon d’une exoplanète que proportionnellement à ceux de son étoile-hôte ; il ne s’agit pas d’une mesure absolue. Lorsque l’on cherche simplement à découvrir de nouvelles exoplanètes ou lorsque les observations ne sont pas très précises, les incertitudes sur la masse et le rayon de l’étoile ne sont pas très importantes à prendre en compte. Mais lorsque l’on fait des observations pointues, comme le feront Cheops et Plato, et que l’on veut déterminer très finement le rayon et la masse de la planète, connaître précisément le rayon et la masse de l’étoile est essentiel !
Une autre information capitale pour étudier la formation et l’évolution des systèmes planétaires, c’est leur âge : la meilleure façon d’obtenir cette information, c’est de déterminer l’âge de l’étoile-hôte, puisqu’une étoile et ses planètes se forment pratiquement en même temps. C’est pourquoi Plato effectuera aussi pour chaque étoile-hôte des observations d’astérosismologie, qui est une technique puissante pour déterminer très précisément la masse, le rayon et l’âge d’une étoile. Plato est une mission d’exoplanétologie mais aussi de physique stellaire car l’astérosismologie apporte beaucoup d’informations sur l’intérieur des étoiles. Plato permettra aussi d’étudier les différentes populations d’étoiles de la Galaxie, pour mieux comprendre sa formation et son évolution. Beaucoup de science excitante en perspective !

Le rêve de tous les passionnés d'astronomie, c'est la découverte de traces de vie sur une exoplanète. Comment va-t-on s'y prendre pour les rechercher et quelle mission sera à même de se lancer dans l'aventure ?






Plato est la première mission spatiale qui aura les moyens d’ « aller chercher » les autres Terre situées dans la zone habitable d’étoiles similaires au Soleil. Mais il existe d’autres étoiles dont la zone habitable est beaucoup plus proche : les naines rouges, ces étoiles « versions réduites » du Soleil. Comme elles sont toutes petites, il est assez facile de détecter des planètes de la taille de la Terre autour d’elles : c’est faisable avec des télescopes au sol. Plusieurs projets de recherche de planètes autour de naines rouges sont en développement à l’heure actuelle, dont les télescopes Speculoos que nous développons à l’université de Liège. Avec leur petit frère Trappist, lui aussi installé au Chili, ces télescopes chercheront à partir de 2015 des Terres dans la zone habitable autour de naines rouges.
L’objectif est ensuite d’étudier l’atmosphère de ces planètes avec le télescope spatial James Webb dès sa mise en service, d’ici à 2020, en espérant y trouver des indices forts en faveur de la présence de la vie, comme la présence à la fois de vapeur d’eau, d’oxygène moléculaire et de gaz carbonique. On peut vraiment dire que nous sommes en train de faire un grand pas en avant pour répondre à l’une des plus vieilles questions de l’humanité : sommes-nous seuls dans l’Univers ?

Source :http://passeurdesciences.blog.lemonde.fr/2014/04/03/a-la-recherche-des-exoplanetes-porteuses-de-la-vie/