Exoplanètes : le tour de force des scientifiques
On a vu dans le précédent article ce qu'étaient les exoplanètes : des planètes, aux caractéristiques très variées, situées hors du système solaire. Mais comment les astrophysiciens, les scientifiques, arrivent-ils à détecter ces planètes très lointaines ?
En début d'année, les médias scientifiques et généralistes racontaient l'histoire de Wolf Cukier, un lycéen américain qui a eu la chance de faire un stage à la Nasa durant l'été 2019. Le jeune stagiaire travaillait sur les données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), un satellite envoyé en 2018 par la Nasa chargé de repérer les exoplanètes les plus proches de notre Terre. Wolf Cukier a analysé le signal provenant du système planétaire bien nommé TOI 1338. Et, surprise, le signal qui se brouillait par intermittence s'est avéré être une planète. TOI 1338 b est située à 1300 années lumières de la Terre. Elle est sept fois plus grande que notre planète et voit deux soleils se lever chaque jour qui passe : le système TOI 1338 est en effet un système planétaire à deux étoiles !
La méthode des transits
La méthode utilisée par le jeune homme pour repérer cette exoplanète est la plus "simple". On l'appelle la méthode des transits. En observant une étoile, on peut capter l'intégralité de sa luminosité. En résulte un graphique faisant apparaître la courbe de la lumière, qui va faiblir si un objet, même minuscule comparativement à l'étoile, passe devant celle-ci.
Cette affaiblissement de la luminosité permet de déduire le diamètre de l'objet. Le second paramètre est le temps : si cette baisse de luminosité apparaît régulièrement, cela veut dire que l'objet céleste la provoquant est en révolution autour de l'étoile. Si l'objet est assez gros et en révolution, alors c'est sûrement une exoplanète. Avec ces données, on peut également évaluer si l'exoplanète est dans la zone habitable de son étoile.
Les vitesses radiales
La méthode des vitesses radiales est la plus répandue dans la détection des exoplanètes. C'est elle qui a été utilisée par les premiers astronomes à avoir découverts une exoplanète. Elle se base sur l'effet Doppler. L'effet Doppler, c'est le fait qu'une source de fréquence d'onde, si elle est en mouvement, va avoir, selon la position de l'observateur, une fréquence d'onde différente. Petit exercice de pensée pour se représenter cet effet : si vous nagez dans une piscine à vague, plus vous nagerez vite contre les vagues, plus la fréquence de ces vagues va s'accélérer. A contrario, si vous nagez avec les vagues, dans l'autre sens-donc, celles-ci vont vous rejoindre moins souvent : leur fréquence diminue.
Pour une étoile, c'est pareil. Lorsque l'on observe la fréquence radio d'une étoile, on peut calculer sa distance : plus une étoile s'éloigne, plus son spectre va tirer vers le rouge, plus l'étoile se rapproche de l'observateur, plus son spectre va tirer vers le bleu. Le truc, c'est que si une planète assez grosse (plutôt de la taille de Jupiter que de celle de la Terre) passe devant l'étoile observée, alors la vitesse radiale va varier. Si cette variation est régulière, c'est que c'est bien une planète, qui effectue une révolution autour de son étoile.
Détecter les perturbations électromagnétiques
Enfin, last but not least, une nouvelle méthode a été utilisée ces dernières années, et elle se base sur le champ électromagnétique d'une étoile. Mais pour cela, il faut un champ électromagnétique fort : c'est contre-intuitif, mais les étoiles qui ont le champ le plus puissant sont les naines rouges, à savoir les plus petites.
Ce champ, lorsqu'il va rencontrer l'atmosphère d'une planète, va arracher des électrons à celle-ci, provoquant des aurores boréales. Ces aurores se matérialisent dans les données des radio-télescopes par un pic, qui permet ainsi de déterminer la présence d'une exoplanète !
Bientôt des photos ?
Reste qu'une certaine frustration peut apparaître : à quoi ça sert d'analyser des ondes pour détecter des exoplanètes, si sans même parler de les atteindre, on ne peut pas au moins les photographier ? La réponse est simple : on ne peut pas encore les photographier, mais des projets de télescopes terrestres géants, des missions comme le JWST, pourront peut-être le faire. Et on sera bien contents de savoir où regarder, surtout lorsque des télescopes comme le JWST, qui ont des durées de vie limitées, doivent réduire aux maximum leurs manœuvres d'orientations.
Léopold Picot