Journal asmac No 4 - août 2022

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Point de mire Un véritable «zoo» de planètes: depuis 1995, les astronomes ont découvert plus de 5000 exoplanètes. Elles se distinguent de leurs étoiles par leur taille, leur masse et leur distance. Il s’agit à présent d’étudier leur composition chimique et leur atmosphère. A la recherche de la vie dans l’univers En 1995, les astronomes genevois Michel Mayor et Didier Queloz découvrent avec leur équipe la première exoplanète, révolutionnant ainsi la conception que nous avions jusqu’alors de l’univers. Leurs successeurs recherchent à présent des traces de vie sur ces planètes. Willy Benz, professeur d’astrophysique et de planétologie à l’Institut de physique de l’Université de Berne, ancien doctorant de Michel Mayor Stockholm Concert Hall, 10 décembre 2019. D’un côté de la scène, le roi et la reine de Suède, accompagnés de dignitaires. En face d’eux, de l’autre côté, un petit groupe d’éminents scientifiques. La musique résonne, le moment est important. Le roi appelle les scientifiques les uns après les autres afin de leur décerner le prix Nobel dans leur domaine respectif. Parmi eux, Michel Mayor et Didier Queloz, qui partagent le prix de physique 2019 avec un collègue américain. Le son des applaudissements se fond dans la musique. Perdue dans la foule, une petite délégation des Universités de Genève et de Berne retient son souffle. En ces instants solennels, chacun sent que rien ne sera plus jamais comme avant. Le Comité Nobel écrit: «Leurs découvertes ont changé à jamais notre vision du monde.» Le prix a également changé leur vie et, dans une certaine mesure, la nôtre. Qu’ont-ils découvert? En 1995, ils découvrent la première planète située en dehors de notre système solaire, en orbite autour d’une étoile comme le Soleil. Pour la première fois, l’existence de telles «exoplanètes» est scientifiquement prouvée. Les exoplanètes, n’existant jusqu’alors qu’au travers de spéculations théoriques, d’hypothèses philosophiques ou d’histoires de science-fiction, deviennent réalité. Une avancée majeure. Et un nouveau champ d’investigation pour la science. Un défi de taille pour l’astronomie moderne Pourquoi a-t-il fallu si longtemps pour découvrir cette première exoplanète? Cela s’explique par la nature même des planètes. Elles sont beaucoup plus petites et Photo: NASA / JPL-Caltech 20 4/22 vsao /asmac Journal
Point de mire moins lumineuses que les étoiles. La taille de la Terre, par exemple, représente moins de 1% de celle du Soleil et elle brille un milliard de fois moins que lui. De plus, vues de la Terre, ces planètes minuscules et peu lumineuses sont très proches de leur étoile brillante. Les voir et analyser leur lumière représente un défi de taille pour l’astronomie moderne. Un défi qui ne peut être relevé que pour les planètes les plus massives et les plus éloignées. Nos collègues suisses ont résolu le problème en recourant à une méthode indirecte pour détecter la planète. Ils ont observé l’étoile et mesuré son mouvement, déclenché par la présence d’une planète proche et plus petite. L’étoile et la planète exercent toutes deux une force d’attraction l’une sur l’autre, ce qui les fait se déplacer sur leur orbite. Plus la force d’attraction est grande, plus la vitesse est élevée. En mesurant la vitesse de l’étoile, il est possible de déterminer la masse de la planète. Le problème est que les planètes ont une masse beaucoup plus faible que celle de leurs étoiles, si bien que la vitesse des étoiles décroît. Pour détecter ces faibles vitesses, des mesures de très haute précision sont nécessaires. Ce qui était tout simplement impossible avant les années 1990. Une planète impossible Dans le cas de nos lauréats du prix Nobel, ils ont mesuré la vitesse de l’étoile 51 Pégase en fonction du temps. Ils ont découvert que la vitesse de l’étoile variait avec une période de 4,23 jours. Leurs analyses leur ont permis de déduire que ces variations étaient dues à la présence d’une planète. Cette planète doit avoir une masse équivalente à presque la moitié de celle de Jupiter et doit tourner autour de l’étoile une fois tous les 4,23 jours – et non pas tous les 4,23 ans! Jamais on n’aurait imaginé pouvoir trouver une planète géante aussi proche de son étoile. Mais cela ne faisait aucun doute: elle était bel et bien là. L’histoire de la formation des planètes est soudain devenue beaucoup plus complexe. A l’époque, la machine et la technique utilisées par les chercheurs permettaient une précision d’environ 10 m/s. Une dizaine d’années plus tard, ils ont réussi à construire un instrument capable de mesurer des vitesses avec une précision de 1 m/s. La dernière génération, utilisée de nos jours sur le plus grand télescope, atteint 10 cm/s. Une telle précision permet de mettre à portée de main une planète semblable à la Terre. Plus de 30 ans de développement d’instruments ont été nécessaires pour atteindre cette précision. Les astronomes et les fabricants d’instruments sont très persévérants, et la société doit faire preuve de patience pour les soutenir. Plus de 5000 planètes connues Depuis 1995, les astronomes ont découvert plus de 5000 exoplanètes. Pas toujours avec la même technique de découverte indirecte. Une technique particulièrement efficace consiste à observer la lumière incidente des étoiles. Lorsqu’une planète passe devant une étoile, elle cache une petite partie de sa surface. Pendant ce transit, la quantité de lumière que nous recevons est légèrement réduite. Une petite diminution périodique de la luminosité peut être constatée avec une précision suffisante. Cette variation de luminosité fournit une mesure non pas de la masse, mais du rayon de la planète. La masse et le rayon permettent de calculer la densité moyenne. Il s’agit d’une première étape dans la caractérisation physique des exoplanètes. Le satellite CHEOPS, sous l’égide de l’Université de Berne, utilise cette méthode de transit. Lancé le 18 décembre 2019, juste avant le début de la pandémie, il a observé les exoplanètes pendant deux ans et demi. Sa précision inédite a permis de mesurer des rayons plus exacts et de nombreuses autres caractéristiques uniques. Les nouvelles planètes dans les systèmes et la déformation d’une planète due aux marées à proximité immédiate de son étoile en sont deux exemples. CHEOPS poursuit son infatigable campagne de mesure et fait le tour de la Terre en 90 minutes environ. Prochaine étape: rechercher des traces de vie Avec le temps, nous avons découvert qu’il existe des planètes de tailles, de masses et de distances différentes par rapport à leurs étoiles. Un véritable «zoo» de planètes! Aujourd’hui, le défi n’est plus de les découvrir, mais de les caractériser. Nous voulons connaître leur composition chimique, la structure de leur atmosphère et leur température de surface, et découvrir si elles abritent des lacs ou des océans. Et bien sûr, de potentielles traces de vie! Il faut pour cela des instruments plus grands et plus précis. Ces dernières années, plusieurs projets de construction de télescopes géants ont été lancés. Ces télescopes, au sol ou dans l’espace, seront équipés d’instruments de la prochaine génération. Grâce à eux, nous pourrons enfin «voir» les planètes de type terrestre et les étudier en détail. La prochaine étape est imminente. Nul ne sait où elle nous mènera. C’est la partie passionnante de la recherche fondamentale: nous allons là où les observations et la physique nous poussent. Nous sommes la première génération à disposer d’instruments permettant potentiellement de trouver de la vie sur d’autres planètes. Notre capacité à la trouver dépendra de sa fréquence. Le défi sera de s’assurer que la signature que nous voyons dans nos mesures est bien due à la vie et rien d’autre. Il existera de nombreux différends et controverses, mais c’est ainsi que la science progresse. Entre-temps, la cérémonie de remise des prix Nobel est terminée et nous sommes conduits en bus à l’hôtel de ville de Stockholm, où a lieu le dîner de gala. Nous ne sommes pas vraiment sur un pied d’égalité avec les lauréats, mais nous apprécions le repas avec les 1200 autres invités. Le souper est ponctué de discours et d’intermèdes musicaux. Nous regagnons l’hôtel à une heure tardive. Epuisés, mais avec le sentiment d’avoir participé à un événement qui a couronné l’une des découvertes astronomiques majeures de ces derniers temps. vsao /asmac Journal 4/22 21
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