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Un trio de terres à 40 années-lumière ?
02/05/2016

En définitive, la chance a souri aux audacieux et le télescope TRAPPIST a fini par trouver son Graal avant même que l'observation des cinquante candidates soit terminée. Une première découverte exceptionnelle qui termine de démontrer le potentiel du projet. Début 2017, ce sont donc quatre télescopes bien plus grands et plus puissants qui seront opérationnels depuis le fameux observatoire européen du mont Paranal dans le désert d’Acatama au Chili. Un des meilleurs sites astronomique au monde se réjouit Emmanuël Jehin. Un télescope jumeau de TRAPPIST financé par l’ULg sera aussi installé très prochainement au Maroc donnant ainsi accès également aux étoiles naines rouges ultrafroides les plus brillantes de l’hémisphère Nord. « Dans les prochaines années, se réjouissent les deux chercheurs, nous allons sonder 20 fois plus de planètes que celles observées jusqu’à aujourd’hui. On peut espérer trouver beaucoup plus de systèmes planétaires, à moins qu’on ait eu une chance incroyable sur ce coup-ci, ce qui est un peu  difficile à croire. Cette découverte est le fruit d’un premier travail de cinq années, et cela semble  indiquer que la présence de petites planètes est très fréquente autour de ce type d’étoiles ! »

Des planètes de tailles comparables à la Terre

TRAPPIST-1 est une étoile à peine plus grande que Jupiter (1,2 fois son rayon). Son émission lumineuse n’a été détectée pour la première fois qu’en 2000, au cours d’un programme d’observation systématique du ciel en infrarouge. Sa masse est 80 fois plus élevée que celle de la géante gazeuse, mais reste 12 fois plus faible que celle du Soleil. Sa température en surface de seulement 2550 Kelvin, est à peine la moitié de la température de notre étoile.

Autour de l’étoile TRAPPIST-1, trois planètes comparables en taille à la nôtre ont été découvertes. Deux d’entre-elles ont un rayon de 110% de la Terre, la troisième, de 100%. La grande inconnue reste leur masse. « C’est un gros challenge, mais on va y arriver, témoignent les astrophysiciens. Il y a deux méthodes possibles. Par la technique dite  « des vitesses radiales » qui est la plus courante et où on essaye d’observer le très petit déplacement de l’étoile autour du centre de masse du système en raison de l’attraction des planètes qui tournent autour. Mais TRAPPIST-1 est si faiblement lumineuse dans le spectre visible qu’il faudrait un spectrographe de haute précision en IR. Un premier instrument de ce type est disponible en Espagne, mais il n’a pas encore fait ses preuves. Notre meilleure chance réside plutôt dans la présence de plusieurs planètes dans ce système. Ces planètes se perturbent en effet les unes les autres. Ainsi les interactions gravitationnelles entre elles vont influencer leurs périodes orbitales en fonction de leurs masses respectives. En observant des dizaines de transits et les petites variations des instants où ils se produisent, nous allons pouvoir déduire la masse de chacune de ces planètes. Nous pourrons alors avoir une bien meilleure idée de leur composition : planètes rocheuses comme la Terre, ou plutôt riches en métaux comme Mercure, voir planète riche en glace à la manière des lunes de Jupiter. »

Des similitudes avec le  système jovien

La taille de l’étoile et les distances qui la séparent de ses planètes restent deux des différences les plus remarquables avec notre système solaire. « La première planète orbite à 0,011 unité astronomique (UA) de son étoile, la deuxième, 0,015, et la troisième, probablement entre 0,02 et 0,06, précise Michaël Gillon. » En termes moins savants, cela correspond à des périodes orbitales d’un jour et demi, de deux jours et demi, et une troisième orbite comprise entre 4 et 20 jours. « Nous n’avons encore pu observer que deux transits de la planète la plus éloignée, ce qui n’est pas suffisant pour en déterminer la période. » Toujours est-il que ce système est bien différent du nôtre. À titre de comparaison, Mercure, la planète la plus proche du soleil, a besoin de 88 jours pour en faire le tour, alors que la seule planète viable de notre système, la Terre, en met 365,25.

En revanche il y a une ressemblance assez étonnante avec le système jovien. Les satellites de la planète géante sont certes plus rapprochés, mais ils orbitent avec des périodes très similaires. « Cette similitude n’est pas étonnante, commente Michaël Gillon. A leurs naissances, ces petites étoiles sont entourées de disques protoplanétaires nettement plus compacts que les étoiles de type solaire. Les planètes se forment donc plus près de leur étoile. Selon les prévisions théoriques, c’est ce que nous attendions. Ce qui est plus surprenant, c’est d’avoir autant de planètes si proches de la taille de la Terre. Même si nous savons que les disques protoplanétaires n’ont pas forcément une masse proportionnelle à la masse de l’étoile. Tout dépend des conditions de formation, de la composition du nuage de gaz et de poussières initial, de la vitesse de rotation du système, etc. Et surtout, on sait que des objets peuvent se former plus loin avant de migrer vers leur étoile. Si je devais parier, je dirais que ces objets se sont formés au-delà de la ligne des glaces de cette étoile, qui ne se trouve  qu’à 0,06 unité astronomique. » « A cette distance, les températures ne dépassent pas les –100°C, poursuit Emmanuël Jehin. Il fait suffisamment froid pour que les éléments volatiles restent solides sous forme de glaces. Ils peuvent alors se joindre aux roches pour former les planètes. Il y a donc plus de matériel à la base, et on imagine plus facilement la formation d’objets de la taille de la Terre, même au sein de disques aussi petits. Il suffit ensuite que les planètes migrent en se rapprochant de leur étoile pour que l’on se retrouve avec un système comme celui de TRAPPIST-1. »

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