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Ce n'est qu'en 2006 que les astronomes ont découvert la première exoplanète de taille terrestre, OGLE-2005-BLG-390Lb qui présente 5.5 fois la masse de la Terre. Le 25 avril 2007 une équipe internationale constituée d'astronomes français, suisses et portugais utilisant le petit télescope de 3.6 m de l'ESO installé à La Silla au Chili a créé l'événement en découvrant la première exoplanète ayant une température superficielle comprise entre -3°C et +40°C. L'exoplanète a été baptisée Gliese 581c. Cette découverte majeure mérite quelques explications.
L'étoile. Il s'agit de la naine rouge (spectre M2.5 V) Gliese 581 alias HO Librae située à 20.5 années-lumière dans la constellation de la Balance. Cette étoile brille d'un éclat rouge à la magnitude 10.55. L'étoile parvenue au stade final de son existence brille 50 fois moins que le Soleil, elle présente une masse d'environ 0.31 Ms pour un rayon estimé à 0.38 Rs. C'est donc une petite étoile. Suite à son longue évolution, son atmosphère contient 36 à 62% de plus d'éléments lourds que le Soleil. Ce système pourrait abriter 3 exoplanètes. Gliese 581c. L'exoplanète gravite 14 fois plus près de son étoile (0.07 UA ou 10.7 millions de km) que la Terre du Soleil et accomplit sa révolution en 13 jours seulement, donc six fois plus rapidement que Mercure. Sa masse serait 5 fois supérieure à celle de la Terre pour un rayon seulement égal à 1.5 fois celui de la Terre. Cet astre
est-il viable ? Oui, si on considère que cette exoplanète gravite
dans la zone
habitable, une région où la température permet la
présence d'eau liquide. En dire plus et notamment sur d'éventuelles
formes de vie est pour l'instant pure spéculation. En effet, faute
d'instrument adapté à ce type de recherche, il faudra encore patienter
au moins 10 ans pour pouvoir l'étudier plus en détail.
Enfin, sur l'ensemble des systèmes planétaires connus,
à ce jour deux systèmes seulement ont un cortège de 4 exoplanètes : le pulsar
B1257+12 de la Vierge et Mu Arae. Le record est détenu par le système de
55 Cancri qui contient 5 exoplanètes, la dernière ayant été
découverte en 2007.
Pratiquement toutes les autres exoplanètes sont
des "soleils ratés", des "Hot Jupiter". Il
existe également une poignée de pulsars escortés d'exoplanètes ou
entourés d'un anneau de débris.
A consulter : Alien
Worlds
Dessins d'exoplanètes réalisés par l'auteur
55 Cancri PSR B1257+12 Virgo Mu Arae
Pour découvrir des exoplanètes telluriques les
astronomes comptent beaucoup sur la mission européenne COROT et les futures
missions Kepler, TPF et SIM de la NASA. Car découvrir
une poignée d'exoplanètes de la taille de Neptune
est une proportion qui ne reflète certainement pas la réalité car nos moyens d'investigation nous limitent
actuellement à la recherche de planètes géantes similaires à Jupiter.
Les planètes de la taille
de la Terre sont invisibles car leur taille réside en-deçà de la résolution des
instruments. Aussi le lancement d'ici
quelques années de télescopes spatiaux interférométriques risque de
bouleverser notre tableau. On peut également éventuellement compter sur des phénomènes de micro-lensing
naturels qui permettraient, comme en 2003,
de découvrir des exoplanètes sous la loupe d'une masse obscure située à l'avant-plan.
Parmi
ces systèmes exoplanétaires, combien d'entre eux abritent des planètes du type de la Terre ? Actuellement
un tiers des exoplanètes répertoriées ont une masse inférieure à celle de Jupiter (0.9 - 0.1 Mj) mais
leur atmosphère risque d'être trop épaisse et d'empêcher la lumière de l'étoile hôte d'assurer son rôle dans les
processus de photolyse et de photosynthèse. A
lire : HD
189733b, une exoplanète plongée dans la brume (sur le blog) A
gauche, les caractéristiques de quelques exoplanètes célèbres comparées au système
solaire. A droite, pointage des exoplanètes (2006) en fonction de la méthode
de détection. Seules les méthodes astrométrique, du transit et de microlensing
permettent de détecter les plus petites exoplanètes. Documents
NASA et IAP. En modélisant ces systèmes exoplanétaires
sur ordinateur, l'équipe du
Barrie Jones de l'Open University anglaise estime qu'environ
50% des exoplanètes orbitent dans la zone dite "habitable" où la
température au sol peut-être proche de 0°C. En simulant des exoplanètes dont les masses sont comprises entre 0.1 et 10 fois celle de la Terre en orbite dans la zone habitable comprise entre 0.8 et 1.8 U.A., on observe que les petites planètes sont plus souvent sujettes à des mouvements désordonnés que les planètes massives. Dans quelques systèmes exoplanétaires, la proximité d'une ou plusieurs planètes géantes aussi massives que Jupiter a eu pour conséquence d'éjecter la petite terre en dehors de la zone habitable. Cependant, dans d'autres circonstances, liées à des phénomènes de résonance, il existe des orbites non perturbées dans la zone habitable. Neuf systèmes exoplanétaires ont ainsi été étudiés par cette technique et ont permis aux chercheurs de dériver quelques règles qui déterminent l'habitabilité dans 90% des cas. Leur analyse montre que 50% des systèmes exoplanétaires pourraient avoir une exoplanète de même taille que la Terre gravitant au moins partiellement dans la zone habitable, et ce durant une période d'au moins un milliard d'années. Cette période a été choisie car on estime que c'est la durée minimale exigée pour que la vie émerge et s'installe sur une planète. Ces simulations démontrent également que la vie pourrait se développer à un moment donné dans deux-tiers des systèmes exoplanétaires, étant donné que la zone habitable s'étend graduellement vers l'extérieur du système à mesure que l'étoile vieillit et devient plus active (phase géante rouge).
HabCat, ATA et RLA Toutes les exoplanètes découvertes à ce jour ont une masse voisine de celle de Jupiter. A son image, elles pourraient donc également être escortées d'un cortège de satellites de la taille et de la masse de la Terre ou de la Lune.
Avec Jill Tarter de l'Institut SETI, Margaret Turnbull a également compilé le catalogue "HabCat", ou Catalogue des Systèmes Proches Habitables. 75% des étoiles répertoriées sont situées à moins de 450 années-lumière. Ces soleils sont juste à la bonne distance des télescopes et assez brillants pour conduire un très intéressant programme de recherche d'exoplanètes habitables. La quantité de métaux lourds présents lorsque l'étoile s'est formée ainsi que son âge sont des critères très importants pour les chercheurs. Les jeunes étoiles par exemple ont souvent une grande vitesse de rotation, elle émettent des rayons X au-dessus et en-dessous de leur température estimée ou elles n'ont pas encore brûlé tous leurs éléments légers. Elles ne sont pas arrivées au stade de maturité et il en est autan des possibilités de vie dans leur environnement, jugé trop hostile. La luminosité des étoiles propice au développement de la vie est peut-être le critère le plus important car il permet de déterminer l'habitabilité des étoiles pour une forme de vie complexe. La classe de luminosité indique la phase d'évolution de l'étoile et combien de temps encore elle peut rester stable avant de devenir une étoile géante.
Les prévisions numériques réalisées par les astronomes seront applicables dans les années à venir lorsque les instruments de la deuxième génération pourront rechercher les signatures atmosphériques de la vie, telles que de grandes quantités d'oxygène sur les exoplanètes de la taille de la Terre. Ensuite les télescopes interférométriques tel le futur ATA (Allen Telescope Array constitué de 350 paraboles de 6.1 m de diamètre) de l'Institut SETI pourra se consacrer entièrement à l'étude des 17129 étoiles habitables du catalogue SETI. L'avenir nous réservera sans aucun doute des surprises ! Pratiquement tous les systèmes exoplanétaires découverts à ce jour, à l'exception d'un ou deux astres, l'ont été par le truchement des perturbations gravitationnelles de l'exoplanète sur le mouvement de son étoile hôte, la faisant vaciller régulièrement sous l'effet de la gravitation. Pour minime qu'il soit, l'ampleur de ces oscillations peut être déterminée à partir de l'analyse spectrale des étoiles. Une autre méthode consiste à appliquer une technique déjà utilisée pour les étoiles binaires à éclipses, la mise en évidence du léger affaiblissement de la lumière de l'étoile lorsque la planète passe devant son disque. Mais vues de la Terre, toutes les exoplanètes ne transitent pas devant leur étoile. On peut enfin mesurer les variations de la vitesse radiale de l'étoile hôte. Les futures découvertes sont susceptibles de contenir une proportion plus élevée de systèmes ressemblant à notre système solaire, où les planètes géantes orbitent à bonne distance de la zone habitable. La proportion de systèmes abritant des terres habitables doit donc aussi augmenter. Vers 2050 ces chercheurs auront à leur disposition des télescopes spatiaux interférométriques qui devraient être capables de découvrir des astres de la taille de la Terre et déterminer s'ils sont susceptibles d'abriter la vie. Citons les projets LISE, Hyper-OVLA ou RLA, le Redundant Linear Array de Lopez qui serait capable de discerner des détails sur la surface d'une planète de la taille de la Terre à 10 années-lumière !
COROT, Kepler et SIM Lancée fin 2006, la mission COROT de l'ESA devrait permettre aux astronomes de découvrir des exoplanètes en transit devant les étoiles naines rouges les plus proches. Grâce à une caméra CCD très performante fixée en mode afocal sur le télescope de COROT, cet instrument devrait être assez sensible pour détecter les astres de la taille de la Terre voire plus petits. En 2008, la mission Kepler dirigée par le centre Ames de la NASA assurera une mission similaire, surveillant des milliers d'étoiles sur une période de quatre ans, recherchant des exoplanètes en transit devant leur étoile hôte. Grâce à un algorithme de détection adapté de celui utilisé par le projet PlanetQuest de Laurance Doyle du SETI Institute, Kepler devrait également permettre de détecter des exoplanètes telluriques voire plus petites que la Terre (30 à 600 fois moins massives que Jupiter) gravitant autour de cent milles étoiles proches situées dans le bras d'Orion. Ces études seront complétées vers 2012-2015 par des missions spécifiques orientées vers les exoplanètes affichant des signes de vie. Après Kepler, la NASA envisage de lancer en 2009 la mission d'interférométrie spatiale SIM. Sa principale mission consistera à mesurer la distance des étoiles avec une précision 100 fois plus élevée que les mesures actuelles (les données du satellite Hipparcos présentent une tolérance de 10%). Ceci permettra d'améliorer les estimations de la taille de l'univers ainsi que les modèles astrophysiques. En effet, en déterminant avec une meilleure précision la distance des étoiles, on connaîtra leur magnitude réelle avec plus de précision et, en corollaire, on pourra évaluer plus précisément leur stade évolutif et leur composition. SIM recherchera également des exoplanètes de la taille de la Terre gravitant dans la zone habitable autour d'environ 200 étoiles. 2eme partie Les chances de trouver des exoplanètes
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