TPE : La vie humaine ailleurs ?

Le commencement des recherches

          Cela fait déjà 22 ans que la découverte de la toute première exoplanète a eu lieu. Tout à commencé avec une campagne de recherche sur l'existence d'éventuels étoiles ayant un fonctionnement similaire au Soleil. Didier Queloz, encore thésard à l’époque, faisait partie de ces adhérents et a réussi à ouvrir les horizon vers celles-ci. En effet, c'est le 6 Octobre 1995 que Michel Mayor et Didier Queloz ont pu confirmer leur hypothèse grâce au nouveau spectrographe Élodie greffé sur le télescope de 1,93m se trouvant dans l'observatoire de Haute-Provence et au logiciel très performant qu'ils avaient co-écrit au préalable. Il n'avait cependant pas pour intention première de trouver une planète à contrario, de leur collègue Geoffrey Marcy. Très investis dans cette quête depuis plusieurs années, les deux chercheurs, et toute l'équipe technique ayant contribué à cette réussite, ont alors devancé les autres scientifiques en publiant leurs résultats le 23 novembre 1995 dans Nature une revue scientifique généraliste de référence, à comité de lecture et publiée de manière hebdomadaire, est également l'une des revues scientifiques les plus anciennes et les plus réputées au monde. Mais comment s'est déroulée cette découverte ?

          Avec les avancées technologiques, de nouvelles exoplanètes sont découvertes tous les jours. Pour répondre à la question posée précédemment, nous ferons la rencontre détaillée des deux chercheurs, Didier Queloz et Michel Mayor. Ensuite, nous étudierons les découvertes faites avant 1995. Enfin, nous terminerons par analyser les recherches pratiquées après 1995.

A) FICHE TECHNIQUE : Qui sont Didier Queloz, Michel Mayor et 51 Pegasi b ? 

Cela faisait des mois qu'ils s'évertuaient à garder le secret, depuis qu'ils avaient acquis la quasi-certitude durant l'été 1995, après de nombreuses vérifications, que leurs mesures de vitesse radiale* de l'étoile 51 Pegasi trahissaient bien la présence d'un astre en orbite autour d'elle. Il ne s'agissait pas d'une naine brune mais d'une exoplanète deux fois moins massive et 1,6 fois plus grande que notre Jupiter, qui fut nommée 51 Pegasi b. Pour la première fois, des astronomes apportaient la preuve que des planètes gravitent autour d'autres étoiles que la nôtre. Certes, nous nous doutions déjà qu'avec l'infinité de l'univers, il n'existait pas qu'un seul Système solaire dans la Galaxie, mais rien n'était encore prouvé !

Cependant la tâche semblait encore fastidieuse à l'époque, car les théories prévoyaient que les grosses planètes comme Jupiter, les plus faciles à détecter, ne mettaient pas moins de 10 ou 11 ans pour faire le tour de leur étoile, ce qui bien évidemment ne laissait pas une très grande marge d'observation aux scientifiques.

Pour cette raison, nombreux ont été les collègues ayant engagé des recherches sur plusieurs années qui accueillirent avec méfiance et scepticisme la découverte de 51 Pegasi b. Deux scientifiques, Michel Mayor et Didier Queloz, essuyèrent même de vives critiques des mois durant. Quant à Geoffrey Marcy, il admit rapidement l'existence de cette exoplanète qui n'était pas à l'endroit attendu et qui n'avait pas l'apparence supposée, et félicita les deux chercheurs. Ce n'est que quelques années plus tard que son existence fut approuvée et que d'autres géantes furent mises en évidence.

DIDIER QUELOZ                                                           MICHEL MAYOR

Voici quelques détails sur nos deux chercheurs :

• Didier Queloz : de son nom complet Didier Patrick Queloz né le 23 février 1966, est un astronome suisse, professeur à l'Observatoire de Genève en Suisse et à l'Université de Cambridge en Angleterre, spécialisé dans la recherche d'exoplanètes. Il est connu notamment pour avoir découvert avec Michel Mayor 51 Pegasi b, la première planète extrasolaire confirmée comme telle et orbitant autour d'une étoile de la séquence principale.
• Michel Mayor : de son nom complet Michel G. E. Mayor, né le 12 janvier 1942, est un astrophysicien suisse. Membre de l'Observatoire de Genève et professeur honoraire à l'Université de Genève, il est, avec Didier Queloz, celui qui a découvert la première planète extrasolaire autour d'une étoile de la séquence principale, 51 Pegasi b, en 1995. 

B) Avant 1995

          Les grandes découvertes sur les exoplanètes n'étaient pas les plus importantes avant les années 95...Mais cela ne veut pas dire qu'elles étaient inexistantes !

a) Avant l'arrivée de l'informatique

          Avant d’avoir la preuve que d’autres planètes lointaines existaient, l'avis sur la question de leur existence était très mitigé, cependant en 1970 l'observation de disques planétaires* ou protoplanétaires* a élargie la vision des scientifique. Plusieurs études décelaient même la signature indirecte d'exoplanètes ayant sculpté ces disques. Quelques planètes avaient aussi été détectées autour de pulsars (des étoiles à neutrons, vestiges de l'explosion d'étoiles massives), mais les planètes autour d'étoiles semblables au Soleil restaient cachées, à tel point que les astronomes commençaient à douter de leur existence...

          Cependant, dans les années 1980, elles furent activement cherchées, bien que, techniquement, ce soit une mission très difficile, car certains instruments n’existaient pas. Les deux scientifiques à l'origine de la découverte de 1995 ont alors dû en inventer une nouvelle génération. Ils ont créé le spectrographe ELODIE, qui est devenu un prototype précurseur pour chercher des planètes.

          Cependant nous pouvons remonter plus loin dans le temps pour arriver en 1917, le réexamen d’une ancienne plaque photographique révèle des indices constituant la première preuve, indirecte, de l’existence des exoplanètes, une interprétation qui était encore impossible à l’époque, car au début du 20e siècle, l'existence des exoplanètes était une théorie qui relevait plus de la science-fiction que de l'astronomie.

          Effectivement, en exhumant une vieille plaque photographique en verre, datant de 1917 et sortie des collections de l'observatoire Carnegie, Jay Farihi de l'University College de Londres a fait une véritable découverte : l'image du spectre d'une naine blanche révélant la présence d'un vaste anneau de débris et de poussières, probablement issu de collisions planétaires autour d'elle. Il s'agit là de la première preuve enregistrée suggérant fortement la réalité des exoplanètes, une information impossible à interpréter en 1917. L'étoile est aujourd'hui appelé Van Maanen.

          Les plaques photographiques en verre ont largement contribué aux progrès de l'astronomie du début du vingtième siècle et ce jusqu'à l'arrivée de l'informatique et des formats numériques.

La plaque photographique qui contient le spectre de l'étoile de van Maanen représentée par la ligne noire

centrale. En agrandi, les deux lignes d'absorption.

b) Un peu d'histoire...

          Tout ceci montre que la plus grande lacune n'était pas la technique, mais plutôt l'étendue de connaissance des scientifique de l'époque qui n'étaient pas encore assez étoffée pour émettre cette interprétation. Pourtant des esprits du passé avait depuis longtemps déjà émis cette hypothèse, qu'elle soit fondée ou non.

          Dès l’Antiquité, dans sa Lettre à Hérodote, Epicure expose sa vision de l’existence d’une infinité de mondes :

 « Ce n’est pas seulement le nombre des atomes, c’est celui des mondes qui est infini dans l’Univers. Il y a un nombre infini de mondes semblables au nôtre et un nombre infini de mondes différents. »

Bien plus tard, au XVIe siècle, le philosophe italien Giordano Bruno, s’appuyant sur l’héliocentrisme* de Copernic, est le premier à affirmer, sans démonstration physique mais d’un point de vue philosophique, que :

« Il est donc d’innombrables soleils et un nombre infini de terres tournant autour de ces soleils, à l’instar des sept « terres » que nous voyons tourner autour du Soleil qui nous est proche. » (Giordano Bruno, L’Infini, l’Univers et les Mondes, 1584).

Le Néerlandais Huyghens, mathématicien, physicien et astronome, est le premier à penser utiliser les instruments d’observation, alors en plein développement, pour observer des planètes lointaines. Il est à l'origine de la découverte des anneaux de Saturne et de son principal satellite, Titan, en 1655.

          C'est la naissance d’une nouvelle discipline scientifique, la planétologie, au XIXe siècle, conjointement à la mise au point d’instruments de mesure et d’observation de plus en plus puissants, qui vont permettre de nombreuses avancées dans la connaissance de l’Univers. Plus proche de nous, l’astronome américain Edwin Hubble, à l’origine du concept d’expansion de l’Univers, déclare en 1924 :

« La communauté scientifique suppose depuis longtemps que si les étoiles sont des soleils, et que le Soleil héberge des planètes, alors il est fort probable que les autres étoiles hébergent elles aussi des planètes. »

          L'origine de cette ambition qu'est la découverte d'exoplanètes, date donc de l'Antiquité.

A) Après 1995

          La recherche d'exoplanètes s'est intensifiée après la découverte de 1995, conduisant à la détection de plus de 350 nouvelles planètes, la plupart étant des géantes gazeuses. Depuis peu, ils ont découvert des planètes plus légères et telluriques, c'est-à-dire ayant une surface solide.

          En outre, alors qu'elle s'est focalisée pendant longtemps sur les alentours des étoiles de type solaire, cette recherche s'est ouverte récemment à d'autres classes d'étoiles, plus ou moins jeunes et plus ou moins massives, les étoiles les plus légères étant les plus nombreuses dans notre galaxie. On peut ainsi étudier l'influence de l'âge et de la masse de l'étoile centrale sur la formation des systèmes planétaires.

          En 1999, des astronomes déterminaient pour la première fois le rayon d'une exoplanète, hd209458 b, par la méthode dite des "transits. Le couplage avec les données vélocimétriques a aussi permis d'établir la masse exacte de la planète. Depuis, une soixantaine de transits d'exoplanètes ont été observés. Grâce à ces nouvelles mesures, les scientifiques commencent à percer les intérieurs planétaires ainsi que la composition chimique de leur atmosphère.

          Depuis 2005, des méthodes d'imagerie permettent de visualiser l'apparence de certaines exoplanètes. Le premier corps « imagé » de masse planétaire, c'est-à-dire de masse inférieure à 13 fois celle de Jupiter, tourne autour d'une naine brune, un astre trop petit pour enclencher des réactions nucléaires de fusion de l'hydrogène, à une distance comparable à celle qui sépare Pluton du Soleil. Depuis, une dizaine d'autres exoplanètes ont pu être « imagées », orbitant à des distances variables autour de véritables étoiles.

          Ces découvertes, toujours plus nombreuses, ont révélé une diversité insoupçonnée jusqu'alors, et qu'il faut, bien sûr, expliquer. Ainsi en prenant de l'ampleur ces découvertes ont mené à des ambitions plus grandes telle que l'éventuelle existence d'une exoterre.

*VOCABULAIRE*

* Vitesse Radiale : La vitesse radiale est la vitesse d'un objet mesurée dans la direction du rayon (ou la ligne de visée) vers ou depuis le point d'observation.

* Disque planétaire ou protoplanétaire : Un disque protoplanétaire est un disque circumstellaire* constitué de gaz et de poussières à partir duquel se forment les corps (planètes, planètes naines, petits corps et leurs satellites)

* Circumstellaire : qui tourne autour d'une étoile

* Héliocentrisme : système astronomique d'après lequel on considère le Soleil comme le centre de l'Univers (astronomie ancienne) ou comme l'astre autour duquel s'effectue la rotation des planètes (s'oppose à géocentrisme)