Exoplanètes
Image illustrative de l’article Exoplanète
Vue d'artiste d'une exoplanète.

Exoplanètes confirmées
EPE[1] : 4 251
PQ[2] : 4 151
NEA[3] : 4 151
Exoplanètes possibles
NEA[3] : 4 496 (candidates)
PQ[2] : 4 496 (candidates)
EPE[1] : 2 410 (candidates détectées par le télescope Kepler) + 6 (autres candidates)

Mise à jour 21 juillet 2017
Vue d'artiste des trois étoiles de l'exoplanète HD 188753 Ab (l'une des étoiles étant couchée), à partir d'un hypothétique satellite de cette dernière.

Une exoplanète[4],[5], ou planète extrasolaire, est une planète située en dehors du Système solaire.

L'existence de planètes situées en dehors du Système solaire est évoquée dès le XVIe siècle, mais ce n'est qu'au cours du XIXe siècle que les exoplanètes deviennent l'objet de recherches scientifiques. Beaucoup d'astronomes supposent qu'elles peuvent exister, mais aucun moyen technique d'observation ne permet de prouver leur existence. La distance, mais aussi le manque de luminosité de ces objets célestes si petits par rapport aux étoiles autour desquelles ils orbitent, rendaient leur détection impossible. Ce n'est que dans les années 1990 que les premières exoplanètes sont détectées, de manière indirecte, puis, depuis 2004, de manière directe. La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour orbitent autour d'étoiles situées à moins de 400 années-lumière du Système solaire. Au , 4 414 exoplanètes ont été confirmées dans 3 257 systèmes planétaires, dont 722 systèmes planétaires multiples[6],[7]. Plusieurs milliers d'exoplanètes supplémentaires découvertes au moyen de télescopes terrestres ou d'observatoires spatiaux, dont Kepler, sont en attente de confirmation. En extrapolant à partir des découvertes déjà effectuées, il existerait au moins 100 milliards de planètes rien que dans notre galaxie.

Les méthodes de détection utilisées sont principalement la méthode des vitesses radiales, qui déduit la présence d'une planète à travers l'incidence de son attraction gravitationnelle sur la vitesse radiale de son étoile, et la méthode du transit, qui identifie une planète lorsque celle-ci passe devant son étoile en mesurant l'affaiblissement de l'intensité lumineuse de l'astre. Un biais découlant de ces méthodes a abouti à la détection d'une majorité de planètes aux caractéristiques très différentes de celles présentes dans le Système solaire, en particulier l'abondance de Jupiter chaud, planètes gazeuses très proches de leur étoile hôte. Ces nouveaux types de planète ont néanmoins entraîné une remise en cause radicale des modèles de formation des systèmes planétaires qui avaient été élaborés en se basant sur le seul Système solaire. Depuis que les méthodes de détection se sont améliorées, les études[8] visent également à mettre en évidence des planètes aux caractéristiques proches de celles de la Terre orbitant dans la zone habitable de leur étoile.

Terminologie

Le terme exoplanète a été enregistré dans Le Petit Robert dès 1998[9] comme calque français de l'anglais exoplanet[9] dont l'emploi, dès 1992, est attesté par Antoine Labeyrie[10] et Bernard F. Burke[11].

D'après Christina Nicolae et Valérie Delavigne[9], le premier organisme scientifique à l'avoir employé serait le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) dans un communiqué de presse du [12]. Antérieurement[9], il avait fait son apparition dans des revues de vulgarisation scientifique telles que Science et Vie — première occurrence en [13] — et la Recherche — première occurrence en [14] — ainsi que des publications de sociétés savantes telles que Ciel et Terre — première occurrence en [15] — de la Société royale belge d'astronomie, de météorologie et de physique du globe et L'Astronomie — première occurrence en 2003[16] — de la Société astronomique de France.

En France, depuis fin , son usage est recommandé par la délégation générale à la langue française et aux langues de France du ministère de la Culture et de la Communication[5] et il est recensé sur la base de données terminologiques FranceTerme[4].

Définition

Communément, on appelle « planète extrasolaire » toute planète orbitant autour d'une autre étoile que le Soleil. La définition officielle d'une planète adoptée en août 2006 par l'Union astronomique internationale (UAI) ne concerne que les objets du Système solaire et ne s'applique pas aux exoplanètes[17],[18]. À l'heure actuelle, la seule définition de l'UAI qui concerne les exoplanètes est une définition de travail donnée en 2002 et modifiée en 2003[19]. Cette définition, plus générale et qui concerne toutes les planètes, y compris celles du Système solaire, contient les critères suivants[note 1] :

  • les objets avec une vraie masse en deçà de la masse limite permettant la fusion thermonucléaire du deutérium (actuellement calculée comme valant 13 fois la masse de Jupiter pour des objets de métallicité solaire) qui orbitent autour d'étoiles ou de rémanents stellaires sont des « planètes » (peu importe comment ils se sont formés). La masse/taille minimale requise pour qu'un objet extrasolaire soit considéré comme une planète devrait être la même que celle utilisée dans notre Système solaire ;
  • les objets substellaires avec des masses vraies au-delà de la masse limite permettant la fusion thermonucléaire du deutérium sont des « naines brunes », peu importe comment ils se sont formés ou où ils se trouvent ;
  • les objets flottant librement dans de jeunes amas stellaires avec des masses en deçà de la masse limite permettant la fusion thermonucléaire du deutérium ne sont pas des « planètes », mais sont des « sous-naines brunes » (ou quelque nom qui soit plus approprié).

De façon cohérente, les « planètes » du Système solaire au sens de la définition précédente sont les huit objets définis comme « planètes » au sens de la résolution du 24 août 2006. Et de la même façon, une « planète extrasolaire » est alors définissable comme une planète — toujours au sens de la définition générale juste au-dessus et uniquement celui-ci — située hors du Système solaire.

Cet article suit la définition précédente. Par conséquent ne sont traitées que les planètes qui orbitent autour d'étoiles ou de naines brunes. Plusieurs détections d'objets de masse planétaire qui ne sont en orbite autour d'aucun autre corps ont aussi été annoncées[20]. Certains de ces objets ont peut-être appartenu à un système planétaire autour d'une étoile avant d'en être éjectés.

Cependant, la définition de travail de l'UAI n'est pas acceptée par tout le monde. Une définition alternative considère que les planètes devraient être distinguées des naines brunes sur la base de leur formation. Il est largement admis que les planètes géantes se forment par accrétion à partir d'un noyau et que ce procédé peut parfois produire des planètes de masse supérieure au seuil de fusion du deutérium[21],[22] ; des planètes massives de cette sorte ont peut-être déjà été observées[23]. Ce point de vue admet également la possibilité des sous-naines brunes, qui ont des masses planétaires mais se forment à la manière des étoiles par effondrement direct d'un nuage de gaz.

De plus, la séparation à 13 masses joviennes n'a aucune signification physique précise. La fusion du deutérium peut se produire dans des objets de masse inférieure à cette limite. La quantité de deutérium fusionné dépend également de la composition de l'objet[24]. L'Encyclopédie des planètes extrasolaires incluait en 2011 les objets jusqu'à 25 fois la masse de Jupiter, considérant que « le fait qu'il n'y ait aucune particularité (special feature) autour de 13 MJup dans le spectre de masse observé renforce le choix d'oublier cette limite de masse »[25], puis tous les objets jusqu'à 60 fois la masse de Jupiter depuis 201X. L'Exoplanet Data Explorer inclut les objets allant jusqu'à 24 masses joviennes en précisant que « La distinction à 13 masses de Jupiter du Groupe de travail de l'UAI n'est pas physiquement motivée pour des planètes avec un cœur rocheux et observationnellement problématique à cause de l'ambiguïté du sin(i)[26]. »

Nomenclature

Nomenclature actuellement utilisée

Le nommage normalisé des exoplanètes est une extension de celui utilisé par le Washington Multiplicity Catalog (WMC) pour les systèmes d'étoiles multiples[27], norme qui a été adoptée par l'UAI[27].

Selon cette norme, le membre le plus brillant d'un système reçoit la lettre « A ». Les composants distincts qui ne sont pas compris dans « A » sont nommés « B », « C », etc. Les sous-composants sont désignés par un ou plusieurs suffixes ajoutés à celui du sous-système, en commençant par des lettres minuscules pour le deuxième niveau hiérarchique puis des nombres pour le troisième[28]. Suivant une extension de la norme précédente, le nom d'une exoplanète est normalement formé en ajoutant une lettre minuscule au nom de l'étoile hôte de ladite planète. La première planète découverte se voit attribuer la désignation « b » (la lettre « a » étant réservée à l'étoile) puis les planètes suivantes sont nommées avec les lettres suivantes dans l'ordre alphabétique. Si plusieurs planètes du même système sont découvertes en même temps, la plus proche de l'étoile reçoit la première lettre suivante, et ainsi de suite en s'éloignant de l'étoile.

Si une planète orbite un membre d'un système binaire, la lettre capitale de l'étoile est alors suivie par une minuscule pour la planète. Plusieurs exemples sont aujourd'hui connus, tels 16 Cygni Bb[29] et HD 178911 Bb[30]. Les planètes en orbite autour de l'étoile primaire (étoile « A ») devraient avoir un « Ab » à la suite du nom du système, comme pour HD 41004 Ab[31]. Cependant, le « A » est parfois omis, en particulier lorsque la seconde étoile a été découverte après la (ou les) planète(s) ; par exemple la première planète découverte autour de l'étoile principale du système binaire Tau Bootis est habituellement appelée simplement Tau Bootis b[32].

Si l'étoile hôte est une étoile simple, on peut toujours considérer qu'elle possède un « A » dans sa désignation, bien qu'il ne soit habituellement pas écrit. La première exoplanète trouvée autour d'une telle étoile est alors considérée comme étant un sous-composant secondaire dudit système recevant la désignation « Ab ». Par exemple, 51 Peg Aa est l'étoile hôte du système 51 Peg et la première exoplanète est alors 51 Peg Ab. La plupart des exoplanètes se trouvant dans des systèmes unistellaires, la désignation implicite « A » est généralement absente, ne laissant simplement que la minuscule à la suite du nom du système : 51 Peg b. Le « a » pour l'étoile est également le plus souvent omis, nommant par un petit abus l'étoile du nom du système, ici par exemple 51 Peg.

Quelques exoplanètes se sont vu attribuer des noms qui ne se conforment pas à la norme précédente. Par exemple, les planètes qui orbitent le pulsar PSR 1257+12 furent à l'origine nommées avec des capitales, en commençant à A (laissant l'étoile sans suffixe), plutôt qu'avec des minuscules. Par ailleurs, le nom du système lui-même peut suivre plusieurs systèmes de nommage différents. Dans les faits, un certain nombre d'étoiles parmi lesquelles Kepler-11 n'ont reçu leur nom que grâce à leur inclusion dans un programme de recherche de planètes, n'étant jusque-là référencées que par leurs coordonnées célestes.

Exemples de suffixes d'exoplanètes.
Exemples de suffixes utilisant la nomenclature de Hessman et al.

Cependant Hessman et al. fit la remarque que le système implicite utilisé pour les noms d'exoplanètes tombait totalement en échec avec la découverte de planètes circumbinaires[27]. Ils notent que les découvreurs des deux planètes autour de HW Virginis ont essayé de contourner le problème de nommage en les appelant « HW Vir 3 » et « HW Vir 4 », c'est-à-dire comme étant les troisième et quatrième objets – stellaires ou planétaires – découverts dans le système. Ils notent également que les découvreurs des deux planètes autour de NN Serpentis ont été confrontés à de multiples suggestions émanant de diverses sources officielles et choisirent finalement d'utiliser les désignations « NN Ser c » et « NN Ser d ». Hessman et al. ont alors proposé deux règles afin de remédier à ce problème. Ils notent que, en suivant ces deux règles, 99 % des noms actuels de planètes autour d'étoiles simples sont conservés comme des formes informelles de la forme provisoire sanctionnée par l'UAI. Ils renommeraient simplement Tau Bootis b officiellement en Tau Bootis Ab, en conservant la forme précédente pour un usage informel. Pour faire face aux difficultés liées aux planètes circumbinaire, la proposition contient deux règles supplémentaires, où l'utilisation de parenthèses autour du nom du couple d'étoiles centrales est à privilégier dans le cas de planètes dans cette situation. Ils indiquent que cela ne nécessite le changement de nom complet que de deux systèmes exoplanétaires : les planètes autour HW Virginis serait rebaptisé HW Vir (AB) b et (AB) c tandis que ceux autour NN Serpentis serait rebaptisé NN Ser (AB) b et (AB) c. En outre, les seules planètes circumbinaires connues antérieurement autour de PSR B1620-26 et DP Leonis peuvent presque conservent leurs noms (PSR B1620-26 b et DP Leonis b) comme des formes officieuses informelles de la forme « (AB) b » où la désignation « (AB) » est laissée de côté.

De nouvelles difficultés

À la suite de la récente découverte de PH1b, de nouvelles difficultés sont apparues. En effet, cette planète tourne autour d'un système binaire faisant lui-même partie d'un système double double (système binaire de systèmes binaires) nommé KIC 4862625. Les auteurs de l'article annonçant sa découverte ont évité ce problème en la nommant de façon provisoire « PH1 » (Planet Hunters 1), du nom du programme l'ayant découverte. En effet, PH1 tourne autour de la paire KIC 4862625 A (aussi notée KIC 4862625 Aa+Ab ou encore KIC 4862625 Aab, normalement A(ab) de façon plus correcte, pour bien indiquer les deux composantes), composée des étoiles individuelles KIC 4862625 Aa et KIC 4862625 Ab, et l'autre paire est nommée KIC 4862625 B (aussi KIC 4862625 Ba+Bb ou KIC 4862625 Bab) et composée de KIC 4862625 Ba et KIC 4862625 Bb. La logique exposée ci-dessus plaide en la faveur d'un nommage de la forme KIC 4862625 A(ab)1 ou KIC 4862625 (Aa+Ab)1, les nombres en chiffres arabes étant l'étape suivante après les lettres minuscules. Cependant cela rompt avec le nom habituel des exoplanètes avec une lettre minuscule en plaçant la planète au même niveau que d'éventuels satellites d'autres planètes ne tournant autour que d'une seule étoile ou d'un système multiple « simple ». Quoi qu'il en soit, on peut remarquer que l'équipe de l'Encyclopédie des planètes extrasolaires l'a déjà nommée de façon systématique KIC 4862625 b[33], nom on ne peut plus ambigu (autour de quelle(s) composante(s) la planète tourne-t-elle exactement ?) mais évitant le problème sus-mentionné. L'UAI ayant le dernier mot, ce sera à elle de prendre la décision finale attribuant le nom officiel à la planète.

Autres systèmes de nommage

Autres systèmes « catalogue »

Une autre nomenclature, souvent vue dans les œuvres de science-fiction, utilise les chiffres romains dans l'ordre des positions des planètes de l'étoile. Cela a été inspiré par un ancien système pour nommer les lunes des planètes extérieures, telles que « Jupiter IV » pour Callisto. Mais un tel système n'est pas pratique pour un usage scientifique, puisque de nouvelles planètes peuvent être trouvées plus près de l'étoile, changeant alors tous les chiffres. Cependant, ces chiffres romains semblent être la forme qui sera utilisée pour désigner les satellites de planètes extrasolaires, mais en conservant l'ordre de la numérotation suivant l'ordre de découverte comme pour les planètes ou les lunes de notre propre Système solaire.

Noms populaires

Enfin, plusieurs planètes ont reçu de façon non officielle de « vrais » noms à la façon de ce qui se fait dans notre Système solaire : on peut notamment citer Osiris (HD 209458 b), Bellérophon (51 Pegasi b), Zarmina (Gliese 581 g) et Mathusalem (PSR B1620-26 b). Vladimir Lyra, de l'Institut Max-Planck d'astronomie, a proposé des noms provenant pour la plupart de la mythologie gréco-romaine pour les 403 candidates planètes extrasolaires connues en octobre 2009[34]. Cependant l'Union astronomique internationale (UAI) avait annoncé qu'elle n'avait aucun projet d'assigner des noms de ce genre aux planètes extrasolaires, considérant que ce n'est pas pratique[35].

L'Union astronomique internationale, seul arbitre dans le processus de nomenclature par sa commission 53[36], ne reconnaît pas les noms donnés aux planètes extrasolaires via des sites marchands[37]. Elle annonce cependant le 19 août 2013 sa décision de donner des noms populaires aux exoplanètes, en invitant le public à lui suggérer des noms[38].
En 2015, un vote dédié aux associations astronomiques, puis un vote grand public est mis en place par l'Union astronomique internationale afin de nommer les exoplanètes via le concours NameExoWorlds.

Planètes du Système solaire

Les planètes de notre Système solaire, comme toute planète, peuvent parfaitement se voir appliquer les règles précédentes. Pour le détail, voir cette section.

Historique

Prémices

La question « Sommes-nous seuls dans l'Univers ? » est ancienne (ainsi, Fontenelle y a consacré ses Entretiens sur la pluralité des mondes). Elle entraîne la question de savoir s'il existe ou non d'autres planètes sur lesquelles pourraient se développer d'autres formes de vie. Au XVIe siècle, Giordano Bruno, partisan de la théorie de Nicolas Copernic selon laquelle la Terre et les autres planètes seraient en orbite autour du Soleil, a mis en avant une théorie selon laquelle les étoiles sont telles le Soleil et ainsi accompagnées de planètes[39]. Au XVIIIe siècle, Isaac Newton fait de même dans le General Scholium (en), la conclusion de ses Principia : « Et si les étoiles fixes sont les centres de systèmes semblables, ils seront alors tous construits selon le même concept et sujets à la domination de l'Un. » (« And if the fixed stars are the centers of similar systems, they will all be constructed according to a similar design and subject to the dominion of One. »)[40]

Christiaan Huygens est le premier astronome à envisager l'utilisation des instruments d'observation afin de détecter de telles planètes[réf. nécessaire].

Michel Mayor souligne que « pendant la première partie du XXe siècle, une théorie disait que, pour obtenir les disques de gaz et de poussières à partir desquels les planètes pouvaient se former, il fallait qu’une étoile soit passée à proximité d’une autre. Or, la probabilité que se produise un tel phénomène est quasiment nulle. Cela a mis les astronomes sur une fausse piste pendant longtemps : ils n’attendaient pas d’autres systèmes planétaires dans la Voie lactée[41] ». Au milieu du XXe siècle, cette théorie est abandonnée et le nombre estimé de systèmes planétaires s'élève à 100 milliards, valeur toujours retenue actuellement[41]. La recherche d'exoplanètes est cependant mal perçue au sein de la communauté scientifique en raison de nombreuses découvertes contestées ou annulées. Ainsi, dans les années 1980, seuls quatre groupes de deux astronomes recherchent des exoplanètes : deux au Canada, deux en Californie, deux au Texas, ainsi que les Suisses Michel Mayor et Didier Queloz[41].

À la fin du XXe siècle, grâce aux progrès technologiques des télescopes, tels que les détecteurs à couplage de charge (CCD), le traitement d'image, ainsi que le télescope spatial Hubble, qui permettent des mesures plus précises du mouvement des étoiles, beaucoup d'astronomes espérent détecter des planètes extrasolaires. Dans les années 1980 et au début des années 1990, quelques annonces sont faites, mais démenties après vérification. Il faut attendre l'année 1995 pour que la découverte de la première exoplanète soit confirmée.

« Découvertes » rétractées

Des découvertes d'exoplanètes sont revendiquées dès le XIXe siècle. Plusieurs annonces parmi les plus anciennes impliquent l'étoile binaire 70 Ophiuchi. En 1855, le capitaine W. S. Jacob, à l'observatoire de Madras de la British East India Company, relève des anomalies qui rendent la présence d'un « corps planétaire » dans ce système « hautement probable »[42]. Dans les années 1890, Thomas J. J. See, de l'université de Chicago et de l'Observatoire naval des États-Unis, énonce que les anomalies prouvent l'existence d'un corps sombre dans le système de 70 Ophiuchi, avec une période orbitale de 36 ans autour de l'une des étoiles[43]. Néanmoins, Forest Ray Moulton publie en 1899 un article prouvant qu'un système à trois corps avec de tels paramètres orbitaux serait hautement instable[44].

Durant les années 1950 et 1960, Peter van de Kamp du Swarthmore College fait une autre série de revendications de détection remarquée, cette fois pour des planètes en orbite autour de l'étoile de Barnard[45].

De nos jours, les astronomes considèrent généralement tous les anciens rapports de détection comme erronés[46].

En 1991, Andrew G. Lyne, M. Bailes et S.L. Shemar revendiquent la découverte d'une planète de pulsar en orbite autour de PSR B1829-10, en utilisant la mesure des infimes variations de la périodicité des pulsars, qui permettent de calculer les principaux paramètres orbitaux des corps responsables de ces perturbations (chronométrie de pulsar (en))[47]. L'annonce fait brièvement l'objet d'une attention intense, mais Lyne et son équipe la rétractent ensuite[48].

Découvertes

Évolution du nombre d'exoplanètes découvertes chaque année selon la méthode de détection (dernière mise à jour : janvier 2020).
  • Vitesses radiales
  • Transit astronomique
  • Synchronicité
  • Imagerie directe
  • Microlentilles gravitationnelles
.

Le premier objet de masse planétaire confirmé est annoncé dans la revue Nature le par David W. Latham, Robert P. Stefanik, Tsevi Mazeh, Michel Mayor et Gilbert Burki, orbitant autour de l'étoile de type solaire nommée HD 114762[49],[7] : il s'agit de HD 114762 b, un objet d'une masse minimale de onze fois la masse de Jupiter qui peut donc, selon l'inclinaison de son orbite et la définition adoptée, être une planète ou une naine brune.

En septembre 1990, Aleksander Wolszczan et Dale Frail (du radiotélescope d'Arecibo) découvrent plusieurs planètes autour du pulsar PSR B1257+12, qu'ils annoncent le [50].

Le Michel Mayor et Didier Queloz (de l'observatoire de Genève) annoncent la découverte du premier objet dont la masse en fait sans nul doute une planète en orbite autour d'une étoile de type solaire : le Jupiter chaud nommé 51 Pegasi b, en orbite autour de l'étoile 51 Pegasi[51]. Cette découverte est faite grâce à des observations qu'ils ont réalisées à l'observatoire de Haute-Provence par la méthode des vitesses radiales. Ce système, situé dans la constellation de Pégase, se trouve à environ 40 années-lumière de la Terre[52]. Le , l'annonce du prix Nobel de physique pour Michel Mayor et Didier Queloz (conjointement avec James Peebles) couronne le travail de ces chercheurs[53].

Exactement vingt ans après l'annonce de la première découverte, en octobre 2015, près de 2000 planètes ont été détectées et plus de 3000 candidats supplémentaires sont en attente de confirmation. Plus de la moitié ont été découvertes à l'université de Genève par des équipes internationales[réf. nécessaire].

Les chercheurs ont également découvert des systèmes multiples. Le premier système où plusieurs planètes ont été détectées est Upsilon Andromedae, dans la constellation d'Andromède, précédant 55 Cancri[54].

Au départ, la majorité des planètes détectées sont des géantes gazeuses ayant une orbite très excentrique, dont 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 tournant rapidement autour de son étoile par la méthode de la vitesse radiale qui détecte la planète en interpolant sa présence par les fluctuations de la trajectoire de l'étoile.

Au premier semestre 2005, une polémique a agité le monde astronomique. Des équipes de la NASA et de l'ESO ont annoncé des découvertes grâce au VLT et au télescope spatial Spitzer. Finalement, il semble que l'Europe a bien obtenu les premières images directes de planètes extrasolaires. En l'occurrence, elles orbitent autour de la naine brune GPCC-2M1207 et de l’étoile GQ Lupi. Cela dit, le compagnon de GQ Lupi est probablement une naine brune.

En novembre 2009, le « mystère du lithium » est résolu grâce aux données compilées sur les exoplanètes et leurs étoiles[55]. Selon Garik Israelian, « Nous venons de découvrir que la quantité de lithium dans les étoiles semblables au Soleil dépend de la présence, ou non, de planètes. » Les étoiles à planètes contiennent moins de 1 % de la quantité de lithium des autres étoiles.

Par la suite, l'emballement médiatique concernant de prétendues découvertes d'exoplanètes habitables fait l'objet de critiques[56].

À la fin des années 2010, plus de 4 000 exoplanètes ont été découvertes et environ 3 000 astronomes en recherchent, contre huit au début des années 1990[41]. En 2019, on découvre en moyenne une exoplanète par jour[57].

Méthodes de détection

Extrasolar Planets 2004-08-31.svg

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

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

Ainsi, jusqu'à la première photographie optique par imagerie infrarouge de l'exoplanète 2M1207 b en 2004 et la première découverte par coronographie publiée le dans la revue Science, les seules méthodes de détection qui fonctionnaient sont appelées « indirectes », car elles ne détectent pas directement les photons venant de la planète.

Il existe désormais différentes méthodes actuelles et futures pour détecter une exoplanète, la plupart depuis les observatoires au sol.

Méthode interférométrique

Cette méthode repose sur les interférences destructives de la lumière de l'étoile. En effet, la lumière de l'étoile étant cohérente dans les deux bras de l'interféromètre, il est possible d'annuler l'étoile dans le plan image permettant ainsi de détecter un éventuel compagnon. Cette méthode a permis de détecter et confirmer quelques exoplanètes. Cependant, la stabilité des interféromètres disponibles actuellement ne permet pas d'atteindre des contrastes suffisamment importants pour détecter des planètes de type Terre.

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 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.

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

Par le transit

Transit primaire (méthode indirecte)

Le transit de la planète devant son étoile fait varier la luminosité de cette dernière.

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. Elle a été proposée à nouveau à deux reprises : en 1971 par Frank Rosenblatt de l'université Cornell, puis en 1980 par William Borucki du centre de recherche Ames de la NASA, en Californie. La méthode par transit consiste à détecter l’exo-planète lorsqu’elle passe devant son étoile. Elle bloque alors une petite quantité de lumière provenant de l’étoile. En mesurant le flux lumineux continument et en détectant la périodicité de cette diminution, on peut détecter indirectement la présence d’une planète tournant autour de son étoile. On peut ainsi en déduire la taille de la planète et par la suite émettre des hypothèses sur sa masse, sa composition rocheuse ou gazeuse et sur son atmosphère.

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 termes 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 que de télescopes de dimensions 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.

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

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 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 (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. En effet, les chercheurs vont désormais pouvoir essayer de comparer certaines caractéristiques essentielles des exoplanètes repérées jusque là, telles que la couleur, 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 du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) appelé PRIMA.

Par l'effet de microlentille gravitationnelle

Microlentille gravitationnelle d'une planète extrasolaire.

Cette méthode s'appuie sur la courbure de la lumière émise par une étoile distante ou un quasar, lorsqu'un objet massif s'aligne « suffisamment » avec cette source, phénomène appelé « lentille gravitationnelle ». La distorsion 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 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 reçue.

Par imagerie directe

Système planétaire HR 8799 observé le 14 avril 2010 à l'observatoire du Mont Palomar en Californie.

L'utilisation combinée de systèmes de correction en temps réel (optique adaptative) et de la coronographie permet maintenant d'observer directement la lumière parvenant de la planète.

La coronographie est une technique utilisée pour atténuer la lumière d'une étoile, ce qui permet ensuite d'observer des objets moins brillants gravitant autour. Utilisée en complément d'une optique adaptative, elle permet de découvrir des planètes qui orbitent autour d'étoiles pourtant des millions de fois plus lumineuses.

D'énormes efforts sont consacrés actuellement à l'amélioration de ces techniques d'optique adaptative, de coronographie stellaire, et de traitement d'image, afin de développer une imagerie astronomique à très haut contraste capable de détecter des exoplanètes de la taille de la Terre. En outre, cette technique permet d'analyser des photons parvenant directement de la planète, ce qui pourra donner des informations importantes sur les conditions atmosphériques et surfaciques de ces planètes.

La première photographie optique d'une exoplanète (2M1207 b) a lieu en 2004 à l'aide du VLT[58]. Cependant, elle orbite autour d'une étoile peu brillante (une naine brune), 2M1207 et est détectée non pas par coronographie, mais par imagerie infrarouge. La première découverte par coronographie est publiée le dans la revue Science. Prise par le télescope spatial Hubble et traitée par l'équipe de l'astronome Paul Kalas, la planète a une masse probablement proche de celle de Jupiter. Baptisée Fomalhaut b, elle est en orbite autour de l'étoile Fomalhaut dans la constellation du Poisson austral (Piscis Austrinus) à environ 25 années-lumière. Fomalhaut b est distante d'environ dix fois la distance séparant Saturne du Soleil[59]. Cette découverte est annoncée en même temps et dans la même revue que celle de l'équipe de l'astronome canadien Christian Marois concernant la première observation directe, à 129 années lumière, d'un système stellaire entier composé de trois planètes géantes photographiées dans l'infrarouge autour de l'étoile HR 8799[60].

Types d'exoplanètes

Erythro.jpg Artist's Concept of Extrasolar Planet's Hazy Atmosphere.jpg
EarthlikePlanet-590.jpg Artist's concept of PSR B1257+12 system.jpg

Les différents types de planètes sont soit avérés ou bien demeurent pour le moment hypothétiques. Il y a plusieurs classifications. D'abord, une classification structurelle range les planètes dans des catégories par rapport à leur composition, telles planète tellurique ou planète gazeuse, ou par rapport à leur masse, telles sous-Terre ou super-Jupiter. D'un autre côté, une autre classification range les planètes selon leur température : Jupiter chaud, Jupiter froid, etc. Une troisième classification est faite par rapport à la position, par exemple : planète Boucles d'or, objet libre de masse planétaire. Il existe aussi des catégories transverses, par exemple planète à période de révolution ultra-courte.

Dès l'an 2000, des classifications taxinomiques sont aussi suggérées. En 2000, la classification de Sudarsky établit cinq classes de planètes et ne concerne que les géantes gazeuses, sur la base de modèles numériques reposant sur les types d'atmosphères les plus probables pour ce genre de corps. En 2012, la taxonomie de Plávalová donne une description symbolique des principales caractéristiques d'une planète afin de pouvoir effectuer une comparaison rapide entre les diverses propriétés de ces objets.

Liste d'exoplanètes

Inventaire

La plupart des planètes découvertes à ce jour l'ont été dans un rayon de 2 000 années-lumière autour du Soleil, ce qui est très réduit à l'échelle galactique (image JPL/NASA).

La Voie lactée posséderait à elle seule plus de 100 milliards de planètes voire plus de 200[61]. Par ailleurs, même si aucun n'a encore été formellement identifié, nombre d'entre elles possèdent certainement des satellites.

Selon une étude publiée en novembre 2013 dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, le nombre de planètes semblables à la Terre présentes dans notre galaxie est estimé à environ 8,8 milliards[62],[63].

Le la NASA annonce la confirmation de 715 nouvelles exoplanètes détectées grâce au télescope spatial Kepler. Ce faisant, le nombre d'exoplanètes confirmées passe la barre des 1 700.

Au printemps 2015, on recense 1 120 étoiles avec planètes, 463 systèmes multiples, 450 géantes gazeuses, 1 061 Jupiters chauds, 206 super-Terres et 92 planètes telluriques de la taille de la Terre.

Au on recense 3 989 exoplanètes dans 2 983 systèmes planétaires dont 654 multiples[1].

Quelques exoplanètes remarquables