L’hypothèse d’une longue migration 

Les Jupiter chauds étonnent, et leur proximité à leur étoile encore plus. Il est en effet pratiquement impensable que, lors de leur formation, il y ait eu suffisamment de matière si proche de l’étoile pour former une géante gazeuse. Selon toute vraisemblance, elles ont donc dû se former dans la périphérie de leur système, au-delà de la ligne des glaces. « Une fois formées, ces géantes auraient été poussées à migrer vers l’intérieur du système, raconte Laetitia Delrez. Cette cause inconnue fait l’objet de grands débats. La principale hypothèse serait une interaction gravitationnelle entre la planète et le disque de matière, qui orbite autour de l’étoile au moment de sa formation. La planète aurait pu aussi interagir avec d’autres planètes formées au même moment, ou migrer sous l’influence d’une autre étoile… » Ce qu’il y a d’intéressant dans ces hypothèses de migration, c’est que dans notre propre système orbitent entre le soleil et Jupiter quatre planètes telluriques, dont la nôtre. Si les systèmes abritant un Jupiter chaud avaient compté dans leurs rangs une planète similaire à la nôtre, il est fort probable qu’en migrant, la géante gazeuse l’aurait éjectée ou aurait à tout le moins fortement perturbé son orbite. « C’est l’une des raisons pour lesquelles nous continuons de chercher à comprendre comment ces planètes ont évolué et pourquoi notre Jupiter n’a, fort heureusement pour nous, pas migré vers le soleil après sa formation. » 

Schéma illustrant les deux méthodes principales utilisées pour étudier les atmosphères d'exoplanètes en transit.

WASP et TRAPPIST, une fructueuse collaboration

Depuis 2010, TRAPPIST, le télescope de l’ULg basé à la Silla au Chili, cumule les programmes de détection et d’étude d’exoplanètes et de comètes et astéroïdes du Système solaire (Lire notamment Des astrophysiciens liégeois au septième ciel). Il permet notamment une étroite collaboration avec WASP, un programme anglais de détection de Jupiter chauds en transit. Collaboration qu’assure Laetitia Delrez durant sa thèse. La mission de WASP est de scruter depuis la Terre la quasi-totalité du ciel à la recherche de transits planétaires. Leurs outils brassent large, mais sont de très basse résolution. Il leur arrive même de mélanger plusieurs étoiles en un seul signal lumineux. S’ils observent un transit, ils n’ont pas les outils pour déterminer laquelle des étoiles observées est éclipsée. C’est là que TRAPPIST intervient. « Une fois que WASP a recueilli une liste de candidats, explique la jeune chercheuse, nous en recevons les coordonnées, et nous les observons avec une plus grande précision. Selon les courbes de lumière que nous recueillons lors des transits, la forme du signal, sa profondeur, nous pouvons alors déterminer si le signal est bien celui d’une planète ou non. Une grande partie de ma thèse a été d’observer ces candidats, et de commencer à contraindre les paramètres du système dès que nous avions une planète. » Depuis le début de cette fructueuse collaboration, 105 planètes sur 550 candidats ont été débusquées. À la source des détections, Laetitia Delrez était aux premières loges pour observer les planètes fraîchement découvertes. Elle pouvait alors faire son marché pour un deuxième volet encore plus épineux, l’étude de propriétés atmosphériques. 

La prouesse des études atmosphériques

De toutes les grandes caractéristiques à contraindre sur une exoplanète, les données relatives à l’atmosphère (sa composition chimique ou la distribution de température en fonction de l’altitude) comptent parmi les plus compliquées à obtenir. Là où de petits télescopes peuvent, dans certaines conditions, repérer une planète tellurique à plusieurs dizaines d’années lumières et permettre de déterminer par exemple son rayon, il faut recourir aux outils les plus précis pour étudier l’atmosphère de ces mondes lointains. Une fois de plus, les Jupiter chauds, pourvues d’une atmosphère plus étendue et plus chaude que les planètes telluriques tempérées, se prêtent plus volontiers à ce type d’étude. 

Deux méthodes sont principalement utilisées. La première est la spectroscopie de transmission. « Lors d’un transit, une partie de la lumière de l’étoile passe au travers de l’atmosphère de la planète. L’atmosphère agit donc comme un filtre. Or, chaque élément gazeux absorbe certaines longueurs d’onde de la lumière. C’est une signature chimique. Selon la composition de cette atmosphère, la lumière va donc être plus ou moins absorbée à différentes longueurs d’onde. Quand on observe des transits à ces différentes longueurs d’onde, on peut dès lors chercher des variations dans la profondeur du transit et recréer ce qu’on appelle le spectre de transmission de la planète, qui livre sa composition atmosphérique chimique. »