Trois choses à savoir sur les exoplanètes

1 - La première exoplanète est découverte en 1995. L’annonce de son existence est alors accueillie avec prudence.

Les exoplanètes sont des planètes orbitant autour d’autres étoiles que le Soleil. Si l’on s’intéresse à l’existence de ces objets célestes depuis longtemps, c’est véritablement en octobre 1995 que la première exoplanète autour d’une étoile de type solaire, 51 Pegasi b, est découverte par deux astronomes suisses, Michel Mayor et Didier Queloz, à l’Observatoire de Haute-Provence, en France. Cette découverte majeure leur vaudra le prix Nobel de physique en 2019.

À l’époque, la communauté scientifique reste prudente. Beaucoup s’attendent à ce que les planètes soient fréquentes dans la Galaxie (après tout, notre Système solaire compte bien huit planètes !), mais les fausses alertes passées nourrissent le scepticisme. La découverte de 51 Pegasi b, située à environ 50 années-lumière de la Terre, est donc accueillie avec un mélange d’enthousiasme… et de réserve.

Plus étonnant encore, 51 Pegasi b se révèle être un type de planète alors inconnu dans notre Système solaire : un Jupiter chaud, une planète géante, très massive, orbitant extrêmement près de son étoile et soumise à des températures de plusieurs milliers de degrés Celsius, dans des conditions où l’on pensait alors l’existence de planètes impossible. 

Depuis, les observations d’exoplanètes se sont multipliées et confirmées, et le scepticisme s’est totalement estompé. Aujourd’hui, plus de 6 000 exoplanètes ont été identifiées grâce à des méthodes d’observation robustes et variées. Ces découvertes ont donné naissance à un champ de recherche majeur, rassemblant une vaste, jeune et dynamique communauté scientifique, transformant en profondeur notre compréhension des systèmes planétaires.

2 - Dans le domaine des exoplanètes, de nombreuses questions et d’inconnues demeurent.

Malgré les immenses progrès réalisés dans l’étude des exoplanètes, nos certitudes restent encore limitées. Ce que l’on sait avec confiance, c’est que la majorité des étoiles possèdent des planètes, ce qui signifie que celles-ci sont omniprésentes dans la Galaxie.

On sait également que la diversité des exoplanètes dépasse largement celle de notre Système solaire. Par exemple, les super-Terres et mini-Neptunes (objets intermédiaires entre la Terre et Neptune en taille et en masse) sont les types d’exoplanètes les plus courants, alors que notre système n’en possède pourtant aucun. Ces observations montrent que, sous cet angle, notre Système solaire est atypique.

Pour autant, de nombreuses questions demeurent ouvertes, ce qui rend le domaine particulièrement excitant. Par exemple, la communauté peine encore à comprendre la nature exacte de ces super-Terres et mini-Neptunes. Quelle est leur composition ? Quels sont les processus à l’origine de leurs différences ?

L’étude des exoplanètes présente un défi de taille : ces mondes sont situés à des dizaines, voire des centaines d’années-lumière, ce qui limite la précision de nos mesures. Mais cette contrainte est compensée par un avantage majeur : le nombre. On peut observer des milliers d’exoplanètes et en tirer des tendances générales sur la nature des planètes et de leurs atmosphères. À l’inverse, dans notre Système solaire, les mesures sont très précises, mais limitées à un petit nombre de planètes. C’est en combinant ces deux approches que nous pouvons mieux comprendre les lois générales qui régissent les planètes, d’ici et ailleurs.

3 - Depuis 1995, les méthodes pour étudier les exoplanètes se sont perfectionnées, et la puissance des instruments utilisés a considérablement augmenté.

Depuis 1995, les méthodes de détection des exoplanètes n’ont pas fondamentalement changé, mais deux évolutions majeures ont transformé le domaine.

La première concerne la puissance des télescopes et des instruments qui les équipent. Le télescope qui a permis de découvrir 51 Pegasi b à l’Observatoire de Haute-Provence avait un miroir de 2 mètres de diamètre. Aujourd’hui, des télescopes de 8 mètres, comme le Very Large Telescope, et bientôt l’Extremely Large Telescope avec ses 39 mètres de diamètre, permettent d’observer des planètes toujours plus petites, plus lointaines et donc plus difficiles à détecter. La taille du miroir joue un rôle clé : il capte et concentre la lumière, et plus il est grand, plus le télescope peut voir des objets faibles et lointains et distinguer des détails fins.

La deuxième concerne les méthodes d’analyse, désormais beaucoup plus sophistiquées. Cette combinaison d’instruments puissants et d’outils analytiques et numériques avancés permet non seulement de découvrir des exoplanètes, mais aussi de les caractériser en détail : atmosphère, composition chimique, températures, nuages, et même vents.

Pour les vingt premières années depuis la découverte de la première exoplanète 51 Pegasi b, l’objectif principal du domaine était de faire l’inventaire de toute la zoologie des exoplanètes, afin d’estimer la fréquence des différents types de planètes dans la Galaxie.

Aujourd’hui, un nouveau cap est franchi. Grâce aux nouveaux instruments et méthodes d’analyse, on peut aller plus loin et sonder leur atmosphère et leur structure interne, ouvrant la voie à une compréhension beaucoup plus fine des processus qui façonnent ces mondes lointains.

Martin Turbet est chargé de recherche au Laboratoire de Météorologie Dynamique, à Paris, dans l’équipe de Planétologie. Il est également chercheur associé au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux. Il s'intéresse au climat des planètes telluriques (c’est à dire composée essentiellement de roches et/ou de métal) qu’elles se trouvent dans notre système solaire (Mars, Terre, Vénus) ou au-delà (exoplanètes). Sa recherche mêle donc astrophysique, sciences du climat et géophysique.