Comment trouver des exoplanètes?

Si vous êtes ici, c'est que l'astronomie vous passionne. La recherche des exoplanètes vous intéresse probablement tout autant. En effet, la découverte et l'étude des exoplanètes nous aideront à mieux comprendre notre Univers, mais nous permettront également de comprendre l'origine de la vie sur Terre.

Mais quels moyens, les astronomes utilisent-ils pour découvrir ces mondes lointains, situés souvent à des dizaines et des centaines d'années-lumière de notre planète?

Découvrez avec nous quelques-unes des méthodes les plus efficaces utilisées par les astronomes pour découvrir de nouvelles planètes extrasolaires.

Tout d’abord, qu’est-ce qu’une exoplanète?

Selon la définition courante, une exoplanète est tout simplement une planète qui appartient à un autre système solaire. Autrement, il s’agit d’une planète qui tourne autour d’une autre étoile que notre Soleil.

Quelles méthodes sont employées pour trouver des exoplanètes?

Les méthodes d'observation indirectes

Comme le nom le suggère, ces méthodes permettent aux scientifiques d’identifier de nouvelles planètes potentielles à l’aide de moyens indirects. Ils n’observent pas directement les planètes, mais les découvrent grâce à des indices qui trahissent la présence d’exoplanètes.

La méthode du transit

Il s’agit d’une des méthodes les plus simples à la disposition des scientifiques. Pour trouver une exoplanète à l’aide de cette technique, les scientifiques étudient attentivement la luminosité des étoiles environnantes.

Basés sur le même principe que les éclipses, lorsqu'une planète passe devant son étoile, nos instruments d’observation analysent l’affaiblissement de luminosité produite par l’étoile observée.

Ce n’est pas tout! Pour être certains qu’il ne s’agit pas d’un objet quelconque, les instruments analysent pendant plusieurs jours voire plusieurs mois afin de s’assurer que la diminution de la luminosité intervient à intervalle régulier. Si c’est le cas, cela signifie qu’il s’agit très certainement d’une planète qui orbite de manière régulière autour de son étoile.

En janvier 2020, l’exoplanète TOI 700d a été découverte grâce à cette technique. Cette découverte avait fait sensation, car c’était la première exoplanète découverte à être de taille comparable à la Terre et à la fois situées dans la zone habitable autour de son étoile. Les scientifiques pensent qu’il y a de bonnes chances qu’elle puisse abriter de l’eau liquide à sa surface.

La méthode de l’astrométrie

Même si cela parait difficile à croire, les étoiles sont également soumises à la force gravitationnelle de leurs planètes.

En gravitant autour d’une étoile, une planète gravite non seulement autour d’elle, mais elle exerce également une force d’attraction qui fait osciller l’étoile légèrement.

Le centre de masse commun

Pour être exacte, une planète ne tourne pas tout à fait autour d’une étoile. Il serait plus juste de dire que les deux, la planète et son étoile tournent l’une autour de l’autre autour d’un point invisible que l’on nomme le centre de masse commun.

À l'inverse une étoile qui ne possède pas de planètes est fixe et n'est pas soumise à ce ''ballotement''.

Le télescope Gaia a été conçu pour détecter le mouvement d’oscillation d’étoiles qui sont soumises à ce phénomène. Autrement dit, ils analysent les étoiles qui possèdent des planètes suffisamment massives pour provoquer ce mouvement d’oscillation et ainsi nous indiquer la présence de planètes.

Méthode de la vélocimétrie

Comme pour l’astrométrie, les scientifiques utilisent ici aussi la relation gravitationnelle entre une planète et son étoile. Alors qu’avec la méthode précédente on observait le léger mouvement d’oscillation de l’étoile sur son axe, dans le cas de la vélocimétrie, les astronomes analysent le changement de fréquence d’onde de l’étoile. En s’éloignant ou en s’approchant légèrement de nous, on peut alors observer un léger changement dans sa lumière.

Le changement est faible, mais lorsqu’une planète est suffisamment grosse, elle peut faire osciller son étoile suffisamment pour que nous puissions détecter un changement dans la fréquence de sa lumière.

Méthode de microlentille gravitationnelle

Cette méthode consiste à analyser attentivement la luminosité d’une étoile dans le ciel. Lorsqu’une étoile et une planète passent devant cette étoile, il arrive qu’en raison de leur masse combinée, ils parviennent à augmenter la luminosité de l’étoile observée en courbant la lumière.

La méthode d’observation directe

Aussi étonnant que cela puisse paraitre, les astronomes ont développé une technique pour directement observer une exoplanète à l’aide de télescope.

Mais, direz-vous, comment peut-on observer un objet aussi éloigné, situé à des années-lumière de la Terre!!!

Les astronomes utilisent un coronographe pour bloquer la lumière de l’étoile observée. En réduisant ainsi sa luminosité, on parvient plus facilement à distinguer les planètes qui gravitent autour d’elle.

On peut reproduire ce phénomène chez soi en observant le ciel nocturne près d’un lampadaire. En bloquant de la main la lumière du lampadaire, on distinguera tout à coup des étoiles que l’on ne voyait pas lorsque la lumière artificielle du lampadaire venait les gêner. La lumière des villes a également tendance à diminuer le nombre d’étoiles que l’on peut voir dans le ciel nocturne. C’est pour cette raison que l’on peut observer plus d’étoiles à l'extérieur des villes.

La technique du coronographe est la seule méthode d’observation dite directe. C’est-à-dire qu’il s’agit de la seule méthode qui permet d’observer directement les exoplanètes en mouvement autour de leur étoile.

Combien d'exoplanètes a-t-on découvertes à ce jour?

En somme, les scientifiques ont fait preuve d’une grande ingéniosité. Même si toutes les planètes que nous recherchons se trouvent à des distances incroyablement éloignées, les techniques que les astronomes ont développées ont permis de découvrir plus de 4000 exoplanètes à ce jour. Parmi ce nombre environ 10% appartient à la catégorie des Jupiters chaud, des géantes gazeuses gravitant extrêmement proche de leur étoile.

Il est fort probable que dans les prochaines années de nouveaux outils, comme le puissant télescope spatial James-Webb, nous permettrons d'en découvrir encore davantage. 

Pourquoi rechercher des exoplanètes?

Pour beaucoup, rechercher des exoplanètes peut sembler une activité inutile puis qu'aucune technologie existante ne nous permet pour le moment de voyager vers ces mondes et les explorer.

Avec les technologies que nous avons, pour atteindre Pluton, la sonde New Horizon a mis 9 ans et demi pour accomplir son voyage. (Lancée en 2006, la sonde a atteint Pluton en juillet 2015)

La recherche de planètes lointaines nous permettra de mieux estimer le nombre de planètes qui existent dans l'univers.

Les scientifiques espèrent toutefois que l’étude des exoplanètes pourra répondre à une question fondamentale : sommes-nous seuls dans l’Univers…

C’est une question que l’être humain se pose très probablement depuis qu’il a développé la faculté de penser et de raisonner.

Comme l’a si bien dit l’astrophysicien Stephen Hawkings, «  Nous explorons parce que nous sommes humains et nous voulons savoir. »

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