Journal asmac No 4 - août 2022

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.
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