Un exoplanète ou planète extrasolaire désigne une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil.

Pendant longtemps, l'existence d'exoplanète n'a pu être prouvé par l'observation. La distance, mais aussi le manque de luminosité de ces objets célestes si petits en comparaison des étoiles autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) desquelles ils orbitent ont rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des...) la détection impossible. Ce n'est que dans les années 1990 que les premières sont détectés de manière indirecte. Depuis, plusieurs centaines de planètes sont observés et leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) augmentent rapidement.

Un biais dans les méthodes de détections utilisées fait que l'on a détecté majoritairement des planètes assez particulières comparés à celles présentes dans le système solaire. La découverte de ces planètes a obligé les astronomes à revoir les modèles de formations des systèmes planétaires qu'ils avaient élaboré en se basant sur le système solaire.

Depuis que les méthodes se sont améliorées, nombre de travaux de ce domaine visent à mettre en évidence des planètes ressemblant à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...) et pouvant héberger une vie (La vie est le nom donné :) comparable à celle qui y existe.

Historique

Prémisses

Depuis longtemps l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un garçon, tandis...) s'interroge sur la question : « Sommes-nous seuls dans l'Univers ? ». Ce qui entraîne la question de savoir s'il existe ou non d'autres planètes sur lesquelles pourraient se développer d'autres formes de vie. Christiaan Huygens est le premier astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) à envisager l'utilisation des instruments d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) afin de détecter de telles planètes.

Au cours du XX^e siècle, grâce aux progrès technologiques des télescopes, tels que les détecteurs à couplage de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non...) (CCD), le traitement d'image, ainsi que le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour...), qui permettent des mesures plus précises du mouvement des étoiles, beaucoup d'astronomes espéraient détecter des planètes extrasolaires. Dans les années 1980 et au début des années 1990, quelques annonces sont faites, reprises dans les média, puis, après vérifications (cela peut prendre des mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), des années), finalement démenties (c'est la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) de la méthode scientifique). La communauté astronomique se désespère, et certains en concluent déjà que le système solaire ne serait peut-être qu'une singularité… Il faut attendre l'année 1995 pour que la découverte de la première exoplanète soit confirmée.

Découvertes

La découverte de la première planète extrasolaire a été annoncée le 6 octobre 1995 par Michel Mayor (Michel Mayor, né le 12 janvier 1942 dans le canton de Vaud, est un astrophysicien suisse. Membre de l'observatoire de Genève et professeur à l'université de...) et Didier Queloz (de l'observatoire de Genève), d'après des observations qu'ils ont réalisées à l'observatoire de Haute-Provence grâce à la méthode des vitesses radiales. L'étoile hôte est 51 Pegasi (51 Pegasi est le nom de l'étoile autour de laquelle orbite la première exoplanète (51 Peg b) à avoir été découverte. Elle se trouve dans la...) ((lien)), dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires, traçant...) de Pégase, à environ 40 années-lumière de la Terre.

Depuis lors, plus de 200 planètes ont été détectées, dont beaucoup par une équipe menée par Geoffrey Marcy de l'université de Californie à Berkeley.

Plus de la moitié ont été découvertes à l'UNIGE (Université de Genève) par des équipes internationales.

Le premier système où l'on a détecté plusieurs planètes était Upsilon Andromedae, dans la constellation d'Andromède. Le deuxième fut 55 Cancri (55 Cancri (abréviation : 55 Cnc) est une étoile binaire se trouvant à 41 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Cancer. Sa désignation de Bayer est Rho1 Cancri. Ce système comprend une naine...) ((lien)). Ce dernier est le plus grand système planétaire connu à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) (hormis le nôtre) car il contient au moins quatre planètes.

La majorité des planètes détectées pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.) sont des géantes gazeuses ayant une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) très excentrique, certaines se sont finalement révélées être des naines brunes. Le fait de découvrir essentiellement des géantes gazeuses proches de leur étoile est généralement interprété comme un biais de l'observation : il est beaucoup plus simple de découvrir une planète massive (Le mot massif peut être employé comme :) tournant rapidement autour de son étoile par la méthode de la vitesse (On distingue :) radiale qui détecte la planéte en interpolant sa présence par les fluctuations de la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de l'étoile.

Au premier semestre 2005, une polémique a agité le monde (Le mot monde peut désigner :) astronomique. Des équipes de la Nasa (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du...) et de l'ESO ont annoncé des découvertes grâce au VLT et au télescope spatial Spitzer. Finalement, il semble que l'Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique,...) a bien obtenu les premières images directes de planètes extrasolaires. En l'occurrence, elles orbitent autour de la naine brune (Une naine brune est un objet insuffisamment massif pour être considéré comme une étoile mais plus gros qu'une planète géante. Il y a accord sur la limite supérieure : une naine brune ne peut...) GPCC-2M1207 et de l’étoile GQ Lupi. Celà dit, le compagnon (Le Compagnon (titre original : Alvin Journeyman) est un roman de fantasy publié en 1995 par Orson Scott Card (États-Unis).) de GQ Lupi est probablement une naine brune.

Inventaire

Au 31 mai 2007 on recense^[1] :

• 241 exoplanètes
• 218 systèmes planétaires dont 26 multiples

Exoplanètes remarquables

• C'est le 27 novembre 2001 que l'on détecte la première géante gazeuse, Osiris, contenant de l'oxygène et du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) dans son atmosphère. Cette planète étant très proche de son étoile, elle voit son atmosphère être soufflée par cette dernière. Ce phénomène a poussé les scientifiques à imaginer une classe particulière d'exoplanètes, les planètes chtoniennes, qui sont des résidus rocheux de géantes gazeuses à l'atmosphère soufflée par leur étoile.

• Le 25 août 2004, une planète, Mu Arae c (Mu Arae d ou la Vénus de Mu Arae (dénominations provisoires) est la 123ème exoplanète découverte, et la première présentant une bonne...) ou la Vénus de Mu Arae, de 14 masses terrestres a été découverte. Cette masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à...) étant en deçà d'une limite théorique de 15 masses terrestres en dessous de laquelle une planète peut être tellurique, les scientifiques pensent qu'il peut s'agir d'une très grosse planète rocheuse, la première de ce type qui serait donc découverte. Néanmoins, il peut tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) aussi bien s'agir d'une très petite planète gazeuse.

• En 2005, pour la première fois, des astronomes ont pu discerner la lumière émise directement par deux planètes, malgré la lueur éblouissante et toute proche de leurs étoiles. Jusqu'alors, les découvertes n'étaient qu'indirectes, en regardant les perturbations exercées par les planètes sur leurs étoiles ou en mesurant une baisse de luminosité lors d'un transit. Cette fois, deux découvertes presque simultanées ont été faites par deux équipes différentes observant des planètes différentes. Mais comme les deux équipes ont toutes deux utilisé le télescope spatial infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) américain Spitzer, la Nasa a décidé de profiter de l'occasion pour annoncer les deux découvertes en même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).
  Il est cependant important de préciser que les deux exoplanètes observées avaient déjà été détectées auparavant grâce à la technique de la vitesse radiale.

• Le 14 juillet 2005, l'astrophysicien Maciej Konacki du California Institute of Technology (Caltech) a annoncé dans la revue Nature la découverte d'une exoplanète (HD 188753 Ab) dans un système de trois étoiles qui se trouve à 149 années-lumière de la Terre. Grâce au télescope Keck 1 de Hawaii, il a pu trouver cette planète dont la révolution autour de son étoile se fait en moins de quatre jours. Les modèles actuels (juillet 2005) de formation des planètes n'expliquent pas comment une telle planète peut naître dans un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) si instable d'un point (Graphie) de vue gravitationnel. Cette planète a été surnommée « planète Tatooine » par son découvreur en hommage à la planète du même nom dans le film La Guerre des étoiles. Des vues d'artistes du système stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le...) HD 188753 (HD 188753 est un système stellaire triple situé à environ 149 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cygne.) sont disponibles sur le site de la NASA.

• Le 26 janvier 2006, le Probing Lensing Anomalies NETwork (PLANET) dirigé par le français Jean-Philippe Beaulieu a découvert la planète OGLE-2005-BLG-390Lb qui semble être la première exoplanète tellurique connue. Cette planète se situe à 22 000 années-lumière de la Terre. Sa masse vaut environ cinq fois celle de la Terre, sa température de -220°C (53K) ce qui laisse supposer qu'il s'agit d'une planète solide.

• Le 17 mai 2006, une équipe de chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de...) de planètes (dont Michel Mayor fait partie) annonce la découverte, grâce au spectrographe HARPS, de trois planètes neptuniennes autour de l'étoile de type solaire HD 69830. Les masses sont respectivement de 10, 12 et 18 fois la masse terrienne (ce qui est faible, Jupiter fait 317 x la masse de la Terre) Ce système possède probablement une ceinture d'astéroïdes à environ 1 UA de l'étoile.

• Le 4 août 2006, Ray Jayawardhana et Valentin Ivanov ont repéré, grâce au New Technology Telescope de 3,5 m de l'observatoire de La Silla de l'Observatoire européen austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) (ESO), Oph 162225-240515, un système double à deux planètes tournant l'une autour de l'autre et flottant librement dans l'espace.

• Le 18 septembre 2006, une équipe d'astronomes du Smithsonian annonce la probable découverte d'un nouveau type de planète : avec un rayon équivalent à 1,38 fois celui de Jupiter mais qui ne pèse même pas la moitié de sa masse, c'est l'exoplanète la plus légère jamais découverte! Cela lui confère une densité inférieure à celle du liège, qui lui permettrait de flotter confortablement s'il existait un récipient d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) assez volumineux pour la contenir. L'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace...) est baptisé HAT-P-1; son étoile est l'astre principal d'un système double, situé à quelque 450 années-lumière de la Terre dans la constellation du Lézard et connu sous le nom très poétique ADS 16402. Les deux étoiles sont similaires au Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) mais plus jeunes, environ 3,6 milliards d'années.

• Le 5 octobre 2006, Kailash Sahu, du Space Telescope Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on...) Institute de Baltimore, et ses collègues américains, chiliens, suédois et italiens auraient découvert, grâce au télescope spatial Hubble, 5 exoplanètes d'une nouvelle classe baptisées "planètes à période de révolution ultra-courte" (USPP : Ultra-Short-Period Planet) parce qu’elles font le tour de leur astre en moins d’une journée terrestre, 0,4 jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent...) (moins de 10 heures) pour la plus rapide ! Les objets semblent être des planètes gazeuses géantes de faible densité similaires à Jupiter, tournant autour d'étoiles plus petites que le Soleil.

• Le 25 avril 2007, le télescope Harps de 3,6 m de l'Observatoire de La Silla de l'ESO au Chili annonce la découverte d'une planète "de type terrestre habitable" : Gliese 581 c, orbitant autour de l'étoile Gliese 581 située à seulement 20,5 années-lumières de la Terre. Trois laboratoires associés du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...) ont participé à la découverte, avec des chercheurs de l'Observatoire de Genève et du Centre d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...) de Lisbonne^[2].

Méthodes de détections

Détecter une exoplanète de manière directe n'est pas une chose facile, et ce pour plusieurs raisons :

• une planète ne produit pas de lumière : elle ne fait que refléter celle qu'elle reçoit de son étoile, ce qui est bien peu.
• la distance qui nous sépare de l'étoile est infiniment plus importante que celle qui sépare l'exoplanète et son étoile : le pouvoir séparateur des instruments de détection doit donc être très élevé pour pouvoir les distinguer.

Ainsi, les seules méthodes de détection qui fonctionnaient jusqu'à très récemment sont appelées méthodes "indirectes", car elles ne détectent pas directement les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) venant de la planète. Il existe plusieurs méthodes, présentes et futures pour détecter une exoplanète. La plupart sont détectées depuis les observatoires aux sols.

Par la vitesse radiale

Cette méthode est basée sur l'étude du spectre lumineux de l'étoile. Les mouvements d'un astre sont influencés par la présence d'une planète orbitant autour de lui, ce qui provoque un décalage périodique de sa position. Cela permet de déterminer grâce à l'effet Doppler-Fizeau (L'effet Doppler-Fizeau est le décalage entre la fréquence de l'onde émise et de l'onde reçue lorsque l'émetteur et le récepteur sont en mouvement l'un par rapport à l'autre ; il...) la vitesse radiale du spectre lumineux. De manière identique aux binaires spectroscopiques, ceci nous apporte des informations concernant la position de l'orbite de la planète ainsi que sur sa masse.

Il est à noter que cette méthode de détection est plus performante pour des vitesses radiales élevées : autrement dit, pour des planètes évoluant très près de leur étoile. Ce qui explique que de nombreuses exoplanètes découvertes jusqu'à aujourd'hui ont une orbite très proche de leur étoile.

C'est par cette méthode que la plupart des planètes extrasolaires ont été détectées.

Par le transit

Transit primaire (méthode indirecte)

Cette méthode de détection indirecte est basée sur l'étude de la luminosité de l'étoile. En effet, si celle-ci varie périodiquement cela peut provenir du fait qu'une planète passe devant.

Cette méthode a été proposée pour la première fois en 1951 par Otto Struve de l'observatoire Yerkes de l'université de Chicago (Chicago est une mégapole des États-Unis, située dans la partie nord du Middle West, à 1 280 kilomètres à...). Elle a été proposée à nouveau à deux reprises : en 1971 par Franck Rosenblatt de l'université Cornell, puis en 1980 par William Borucki du centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) Ames de la NASA, en Californie.

Bien que la variation de luminosité d'une étoile soit plus facilement repérable que la variation de sa vitesse radiale, cette méthode se révèle peu efficace en terme de quantité de planètes détectées par rapport à la somme des étoiles observées. En effet, on ne peut l'utiliser que dans le cas où nous observons le système stellaire quasiment par la tranche. On peut montrer que pour des orientations aléatoires de l'orbite, la probabilité géométrique de détection par cette méthode est inversement proportionnelle à la distance entre l'étoile et la planète. On estime à 5% des étoiles avec une exoplanète la quantité détectable avec cette méthode.

Cependant, elle a l'avantage de ne nécessiter l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) que de télescopes de dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...) raisonnables.

Dans notre propre système solaire, on peut aussi observer des transits de planètes : les transits de Vénus et de Mercure ne peuvent cependant être observés tout au plus que quelques fois par siècle.

Transit secondaire (méthode semi-directe)

Le principe repose sur le transit secondaire, c’est-à-dire quand la planète passe derrière l'étoile. Dans ce cas on peut détecter les photons provenant de l'hémisphère éclairé de la planète, ce qui fait de cette méthode une méthode en semi-directe. En résumé, on étudie le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières....) lumineux provenant d'une planète éclipsée par son étoile et l'on retire ensuite le signal lumineux émis par l'étoile (que l'on a mesuré auparavant), on obtient alors la signature de la planète.

La première détection du transit secondaire a été faite avec le télescope spatial Hubble en 2003 sur l'étoile HD 209458 (HD 209458 est un des noms de catalogue de l'étoile autour de laquelle orbite l'exoplanète HD 209458b (nommée Osiris). En janvier 2000, découverte par l'équipe de David Charbonneau...) (voir ce lien pour plus de détails (en anglais)).

Récemment, des équipes d'astronomes ont réussi à détecter deux exoplanètes de manière directe, par l'utilisation du satellite Spitzer. Celles-ci, qui étaient déjà connues, ont été repérées grâce à la lumière infrarouge qu'elles émettaient.

Cela ouvre de nouvelles opportunités dans le domaine de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de...). En effet, les chercheurs vont désormais pouvoir essayer de comparer certaines caractéristiques essentielles des exoplanètes repérées jusque là, telles que la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).), la réflectivité et la température. Ceci permettra de mieux comprendre la manière dont celles-ci viennent à se former.

Par astrométrie

Elle repose sur la détection des perturbations angulaires de la trajectoire d'une étoile. Plus la masse de la planète, et la distance qui sépare l'étoile de la planète sont grandes, plus le système est proche de nous et donc visible.

Cette méthode, bien qu'elle soit connue depuis longtemps, n'avait pas encore été utilisée en raison des infimes variations qu'elle devait repérer. Mais ce sera bientôt chose possible avec notamment la mise en place du mode double champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) appelé PRIMA.

Par l'effet de microlentille gravitationnelle

Cette méthode s'appuie sur la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus...) de la lumière émise par une étoile distante ou un quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source d'énergie électromagnétique, incluant la lumière. Les quasars visibles de la...), lorsqu'un objet massif (Le mot massif peut être employé comme :) s'aligne « suffisamment » avec cette source, phénomène appelé « lentille gravitationnelle ». La distortion de la lumière est due au champ gravitationnel de l'objet lentille, une des conséquences de la relativité générale, comme l'a décrit Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut successivement...) en 1915. Il en découle un effet de lentille, formation de deux images déformées de l'étoile distante, voire davantage.

Dans le cas de la recherche d'exoplanètes, la planète cible, en orbite autour de l'étoile lentille, fournit une information supplémentaire, permettant de déterminer sa masse et sa distance de l'étoile. On parle de microlentille car la planète n'émet pas ou très peu de lumière.

Cette technique permet d'observer des astres de masse même relativement faible, puisque les observations ne s'appuient pas sur la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par...) reçue.

Directe

L'utilisation combinée de systèmes de correction en temps réel appelés optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un front d'onde grâce à un...) et de la coronographie (La coronographie est une technique en astronomie qui consiste à reproduire un phénomène céleste très célèbre : les éclipses totales. Ainsi,...) a permis récemment de détecter une exoplanète directement à l'aide du VLT^[3].

D'énormes efforts sont consacrés actuellement à l'amélioration des techniques d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) adaptative, de coronographie stellaire, et de traitement d'image, afin de développer une imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit...) astronomique à très haut contraste capable de détecter à terme des exoplanètes de la taille de la Terre. Ces méthodes sont détaillées dans la page principale.

Notes et références