EXOPLANÈTES ou PLANÈTES EXTRASOLAIRES

Depuis 1995, année de la découverte de la première exoplanète, 51 Pegasi b, de nombreux corps célestes de ce type ont été mis en évidence. Encore appelées planètes extrasolaires, les exoplanètes, dont l’existence a été questionnée par les philosophes depuis l’Antiquité, sont des planètes situées hors du système solaire qui orbitent autour d’une étoile autre que le Soleil. De très nombreuses observations ont été réalisées depuis 1995, grâce à des méthodes de détection de plus en plus perfectionnées, montrant que ces exoplanètes ne sont finalement pas rares (quelque 3 400 réellement identifiées mi-2016 et nombre d’autres en attente de confirmation). Ce sont des objets très divers, souvent très différents des planètes du système solaire, couvrant une large gamme de masse et de distance par rapport à leur étoile. Leur état – physique, gazeux ou solide –, la compréhension de leur formation et leur évolution ou encore l’existence d’objets semblables à la Terre sont autant de questions qui font de ce nouveau domaine de l’astronomie contemporaine l’un des plus fascinants.

D’autres systèmes planétaires dans l’Univers : une idée très ancienne

La spéculation sur l’existence, dans l’Univers, d’autres mondes semblables à la Terre est ancienne. Les philosophes antiques (Démocrite, Épicure, Lucrèce) la concevaient, comme également le théologien Albert le Grand (xiii^e siècle) et les penseurs Nicolas de Cues (xv^e siècle) ou Giordano Bruno (xvi^e siècle). La question n’est devenue scientifique qu’au cours du xix^e siècle, lorsqu’une meilleure connaissance du système solaire, la maîtrise de la mécanique céleste newtonienne et de la photographie ont permis de rechercher dans le mouvement propre d’une étoile, située loin du Soleil, des perturbations périodiques de trajectoire (« zigzag ») qui traduiraient la présence d’une planète en orbite autour de cette étoile. Pourtant, aucune des découvertes annoncées par cette méthode ne résista aux vérifications pendant de nombreuses décennies.

Pourquoi être néanmoins convaincu que des systèmes planétaires autres que le système solaire existent ? Deux raisons bien différentes ont persuadé les astronomes. La première tient au principe dit copernicien, refusant d’assigner au système solaire une singularité dans ce vaste Univers. La seconde relève de la façon dont, depuis Pierre-Simon de Laplace (1749-1827) et James Jeans (1877-1946), on s’est progressivement représenté, avec une précision croissante et de solides arguments physiques, la formation d’une étoile et celle, simultanée, d’un disque de matière (dit disque d’accrétion) autour d’elle, susceptible de former des exoplanètes en orbite. Dès 1992, le télescope spatial Hubble a fourni de nombreux exemples de disques autour d’étoiles dans la nébuleuse d’Orion. Les exoplanètes devaient donc exister.

Dans les années 1970, les modèles d’accrétion gravitationnelle, conduisant à la formation d’une étoile ou d’objets moins massifs, ont mis en évidence des domaines précis de masse : ainsi, l’accrétion d’une masse supérieure à 0,08 fois la masse du Soleil (notée M_Soleil), soit 80 fois la masse de la planète Jupiter (notée M_Jup), entraîne l’allumage des réactions nucléaires dans le cœur de l’étoile en formation. L’accrétion d’une masse comprise entre 13 et 80 M_Jup forme un objet peu lumineux : une naine brune. En dessous de 13 M_Jup se trouve le royaume des planètes, depuis les géantes de gaz, comme Jupiter, jusqu’aux planètes dites telluriques, composées surtout de roches et de métaux, comme la Terre (0,003 M_Jup), Mars (0,1 M_Terre) ou Mercure (0,06 M_Terre). Cette valeur de 13 M_Jup est calculée pour l’accrétion d’un gaz ayant une composition en éléments chimiques identique à celle du Soleil (on parle de même métallicité que le Soleil). Pour des compositions différentes, telles qu’il peut s’en rencontrer dans la Galaxie, la valeur frontière différerait légèrement. L’Union astronomique internationale a néanmoins fixé, de façon conventionnelle, l’attribution de la qualité d’exoplanète à tout objet de masse inférieure à 13 M_Jup, en orbite autour d’une étoile autre que le Soleil. L’étude des propriétés (en particulier de la masse [...]

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Médias de l’article

ß Pictoris b
Crédits : Lagrange et al/ ESO

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Les exoplanètes et leurs caractéristiques
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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L’étoile HR 8799 et ses exoplanètes
Crédits : Conseil national de recherches du Canada, C. Marois & Keck Observatory

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Système d’exoplanètes et zone habitable 
Crédits : NASA Ames/ JPL-Caltech

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