Pour la toute première fois, des scientifiques ont réussi à capturer des images de planètes multiples tournoyant autour d’une autre étoile semblable au soleil. Pourtant, malgré la ressemblance de son hôte stellaire avec le nôtre, les clichés de ce système planétaire révèlent que ce n’est pas un endroit comme chez nous.
Nommée TYC 8998-760-1 et située à environ 300 années-lumière de la Terre dans la constellation Musca, l’étoile a une masse similaire à celle du soleil. Ses deux planètes connues, cependant, sont distinctement extraterrestres : elles orbitent autour de leur étoile à environ 160 et 320 fois la distance Terre-Soleil, respectivement (des distances qui sont environ quatre et huit fois plus grandes que la séparation de Pluton de notre soleil). Les deux mondes sont surdimensionnés par rapport à tout ce qui se trouve dans notre système solaire. La planète la plus à l’extérieur est environ six fois plus lourde que Jupiter, et la plus à l’intérieur pèse 14 fois la masse de Jupiter. Chacun des mondes apparaît comme un petit point autour de l’étoile sur les images produites par l’instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research), qui fonctionne sur le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral, dans le nord du Chili. Les résultats sont détaillés dans une étude publiée le 22 juillet dans l’Astrophysical Journal Letters.
« Ce qui est vraiment fascinant dans ce travail, c’est qu’il continue à ajouter à la grande diversité des systèmes et des planètes qui existent, en orbite autour de toutes sortes d’étoiles », déclare Rebecca Oppenheimer, astrophysicienne au Musée américain d’histoire naturelle de New York, qui n’a pas participé à l’étude. « Il n’y a pas d’architecture unique pour un système planétaire. »
Cette nouvelle étude marque seulement la troisième fois que des scientifiques ont réussi à prendre des photos – ou à « imager directement » – de plusieurs mondes en orbite autour d’une seule étoile. Mais ces systèmes observés précédemment étaient autour d’étoiles soit beaucoup plus lourdes, soit plus légères que le soleil, ce qui les rend moins comparables à notre système solaire. L’imagerie directe reste une rareté dans l’étude des mondes situés au-delà de notre voisinage planétaire. La grande majorité des exoplanètes figurant dans les catalogues des astronomes ne sont connues que par des moyens plus indirects : elles trahissent leur présence et leurs propriétés les plus fondamentales – masse, taille et orbite – en tirant périodiquement sur leur étoile hôte, ou en se silhouettant contre elle, vue de la Terre. L’imagerie directe des exoplanètes est importante, explique le responsable de l’étude, Alexander Bohn, astrophysicien à l’université de Leiden, aux Pays-Bas, car en « recevant la lumière des planètes, nous pouvons mieux caractériser les atmosphères – et leurs abondances élémentaires – et leur composition. » Ces informations, à leur tour, permettent aux chercheurs de faire des suppositions plus éclairées sur ce que pourraient être les conditions environnementales d’un monde extraterrestre – et si oui ou non il pourrait, comme la Terre, abriter la vie.
Personne n’envisage la vie sur l’un ou l’autre des deux mondes nouvellement imagés, cependant. En plus d’être des géants gazeux gonflés dans des orbites glaciales sans surfaces significatives sur lesquelles des organismes pourraient habiter, eux et leur étoile sont beaucoup plus jeunes que notre soleil et les planètes qui l’entourent. « Le système lui-même a 17 millions d’années, explique Bohn. « Et notre système solaire a 4,5 milliards d’années ». Même s’ils possédaient des conditions habitables, le statut relativement nouveau-né de chaque monde n’offrirait pas beaucoup de temps pour que la biologie naisse des caprices de la chimie. Et bien que la taille et la jeunesse de leurs planètes en fassent de piètres candidats à la vie telle que nous la connaissons, ces propriétés sont précisément la raison pour laquelle les astronomes peuvent actuellement les voir, en raison de la puissante lueur infrarouge qu’elles émettent comme énergie résiduelle de leur formation. Des mondes plus petits, plus vieux et plus cléments, plus proches de leur étoile, restent hors de portée des imageurs de planètes actuels. Mais ils pourraient un jour être révélés par les instruments plus puissants de télescopes gargantuesques. Trois télescopes de très grande taille (ELT) – des observatoires terrestres dotés de miroirs de l’ordre de 30 mètres de diamètre – sont déjà en phase finale de développement. Et les astronomes font vigoureusement pression pour que la NASA ou d’autres agences spatiales lancent des télescopes spatiaux d’imagerie planétaire encore plus ambitieux dans les décennies à venir.
Malgré cela, « nous sommes incroyablement loin de prendre des photos de planètes de la taille de la Terre », déclare Bruce Macintosh, astrophysicien à l’Université de Stanford et chercheur principal sur l’imageur de planètes Gemini – un autre instrument qui, avec SPHERE, représente l’état de l’art en matière de prise de photos exoplanétaires. « Avec la technologie actuelle, nous pouvons voir une planète qui est environ un million de fois plus faible que l’étoile. C’est extraordinaire. Mais même Jupiter – le plus grand monde de notre système solaire – est un milliard de fois plus faible que le soleil. »
Que la planète cible à côté d’une étoile brillante soit un orbe gazeux géant ou un rocher plus semblable à la Terre, dit Bohn, l’observer est comme regarder « une luciole juste à côté d’un phare, qui est peut-être à un mètre de distance. Vous voulez voir cette minuscule luciole, et vous êtes à 500 kilomètres. Voilà en gros le défi auquel nous sommes confrontés ». Pour recueillir la lumière extrêmement faible d’un monde, par rapport à son étoile, SPHERE et la plupart des autres instruments d’imagerie des planètes utilisent un dispositif appelé coronographe, qui bloque la quasi-totalité de la lumière de l’étoile – ce qui a pour effet d’atténuer l’éblouissement du « phare » afin que les « lucioles » planétaires voisines puissent être vues.
En plus de détails plus nuancés sur un monde donné, de telles images peuvent révéler d’autres merveilles – et soulever de nouveaux mystères importants – qui vont au cœur de la compréhension encore naissante des théoriciens sur la façon précise dont les systèmes planétaires émergent et évoluent. Dans le système nouvellement imagé, « les deux planètes se sont formées autour de la même étoile et ont le même âge, mais l’une est deux fois plus massive que l’autre », explique Macintosh, qui n’a pas participé à l’étude. « La comparaison de leurs propriétés nous aidera à voir comment les masses des planètes affectent leur évolution ». De plus, ajoute-t-il, les images ultérieures du système pourraient en révéler davantage sur les orbites des planètes – et même sur la présence de mondes encore invisibles. « Sont-elles alignées de la même manière que les orbites planétaires dans notre système solaire ? Sont-elles circulaires ? demande Macintosh. Les réponses à ces questions pourraient montrer si ces planètes se sont formées de la même manière que les mondes autour de notre soleil ou par un autre processus – et ainsi fournir un autre indice pour savoir si les planètes et les systèmes tels que le nôtre sont communs ou rares.