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Au plus près de nous, une exoplanète rocheuse potentiellement habitable

par Julien Morin - publié le , mis à jour le

Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Soleil, possède une planète. Celle-ci est même rocheuse, d’une taille comparable à celle de la Terre, et située dans la zone habitable de son étoile, là où l’eau liquide peut exister. C’est la découverte majeure réalisée par une équipe internationale de chercheurs dont Julien Morin, du Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier), et publiée le 25 août 2016 dans Nature.

Parallèlement, deux autres équipes d’astrophysiciens et planétologues, en majorité françaises, ont approfondi l’étude de l’environnement sur cette exoplanète : si les radiations de son étoile risquent d’avoir érodé les gaz présents initialement, il est possible qu’une atmosphère et de l’eau aient perduré. Sous certaines conditions, encore hypothétiques, la planète pourrait même héberger de l’eau liquide à sa surface et être potentiellement propice à la vie. Leurs résultats sont accessibles en ligne sur l’archive ouverte arXiv.

La campagne Pale Red Dot. Crédit : ESO/Pale Red Dot
La campagne Pale Red Dot. Crédit : ESO/Pale Red Dot
Pale Red Dot était un projet international dont l’objectif de trouver une exoplanète similaire à la Terre en orbite autour de l’étoile la plus proche du système solaire, Proxima du Centaure, a été atteint. Cette étude s’est principalement appuyée sur l’instrument HARPS situé au foyer du télescope de 3,6 m de l’ESO à l’observatoire de La Silla au Chili. Crédit : ESO/Pale Red Dot

C’est, par définition, l’exoplanète la plus proche de nous jamais découverte : Proxima b tourne en effet autour de Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Soleil, à seulement 4,2 années-lumière. Mieux : cette exoplanète, découverte par une équipe internationale de chercheurs, est très probablement rocheuse, comme notre planète, et sa masse minimale vaut 1,3 fois celle de la Terre. Enfin, elle se trouve à 7 millions de kms de Proxima du Centaure, soit 20 fois plus près que la Terre ne l’est du Soleil : mais son étoile, simple naine rouge, est bien moins brillante que la nôtre. Proxima b se situe donc bien dans la zone habitable, et sa température autoriserait la présence d’eau liquide à sa surface.

Proxima Centauri et sa planète, comparées au Système Solaire. Crédit : ESO/M. Kornmesser/G. Coleman
Proxima Centauri et sa planète, comparées au Système Solaire. Crédit : ESO/M. Kornmesser/G. Coleman
Cette infographie effectue le comparatif entre l’orbite de la planète autour de Proxima Centauri (Proxima b) et son équivalent dans le Système Solaire. Proxima Centauri est caractérisée par une taille et une température de surface inférieures à celles du Soleil, et sa planète se situe à plus grande proximité de son étoile que Mercure du Soleil. En conséquence, Proxima b se situe à l’intérieur de la zone d’habitabilité, condition nécessaire à la présence d’eau liquide en surface. Crédit : ESO/M. Kornmesser/G. Coleman

La présence d’une planète autour de Proxima du Centaure était soupçonnée depuis des années. Son existence est aujourd’hui avérée au terme d’une campagne de deux années de recherche, baptisée « Pale Red Dot » [1], intensifiée depuis six mois : elle a alors mobilisé le spectographe Harps installé sur le télescope de 3,6 mètres de l’ESO à la Silla (Chili), le télescope ASH2 installé à l’Observatoire des explorations célestes de San Pedro de Atacama (Chili) et les 18 télescopes du réseau de Las Cumbres.

Combinées à des relevés d’observations antérieures effectuées entre autres depuis les observatoires de l’ESO, les nouvelles observations collectées durant 60 nuits ont fini par permettre de détecter une très faible oscillation d’une période de 11,2 jours de la vitesse radiale de Proxima du Centaure – à peine 5 kilomètres par heure – signature de l’attraction gravitationnelle produite par Proxima b, et de la distinguer du signal produit par l’activité magnétique de l’étoile. Proxima b effectue donc une rotation complète autour de son étoile en 11,2 jours.

Le mouvement de Proxima Centauri en 2016, témoin de l'existence d'une planète. Crédit : ESO/G. Anglada-Escudé
Le mouvement de Proxima Centauri en 2016, témoin de l’existence d’une planète. Crédit : ESO/G. Anglada-Escudé
Ce graphe montre les variations de mouvement de Proxima Centauri au cours du premier semestre 2016. A certaines périodes, Proxima du Centaure se déplace en direction de la Terre à une vitesse proche de 5 kilomètres par heure – ce qui équivaut au rythme normal de la marche humaine. A d’autres périodes, Proxima du Centaure s’en éloigne à la même vitesse. Ce schéma régulier de l’évolution des vitesses radiales se répète tous les 11,2 jours. L’analyse minutieuse des faibles décalages Doppler qui en résultent révèle la présence d’une planète dotée d’une masse voisine de 1,3 masse terrestre, et distante de quelque 7 millions de kilomètres de Proxima du Centaure – ce qui ne représente que 5% de la distance Terre-Soleil. Crédit : ESO/G. Anglada-Escudé

Les naines rouges telles que Proxima du Centaure sont des étoiles actives dont certaines variations peuvent faire croire à la présence d’une planète. Afin d’exclure cette possibilité, l’équipe a attentivement surveillé les variations de luminosité de l’étoile au cours de la campagne, au moyen du télescope ASH2 et de l’observatoire de Las Cumbres. Les mesures de vitesse radiale effectuées avec Harps acquises lorsque l’étoile s’activait furent exclues de l’analyse finale.

La détection d’exoplanètes étant un thème de recherche très populaire, l ‘équipe du projet « Pale Red Dot » avait mis en ligne un site Web dédié à ce projet sur lequel le public pouvait suivre l’avancement des observations. Les carnets de campagne étaient accompagnés de nombreux articles de vulgarisation portant sur les exoplanètes et la physique stellaire, rédigés par des spécialistes du monde entier.

Vue d'artiste de la planète en orbite autour de Proxima Centauri. Crédit : ESO/M. Kornmesser
Vue d’artiste de la planète en orbite autour de Proxima Centauri. Crédit : ESO/M. Kornmesser
Cette vue d’artiste montre la planète Proxima b en orbite autour de la naine rouge Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Système Solaire. Le système d’étoiles double Alpha Centauri AB figure dans l’angle supérieur droit de l’image, entre la planète et l’étoile Proxima. Proxima b est dotée d’une masse légèrement supérieure à celle de la Terre et décrit une orbite autour de Proxima Centauri, au sein même de la zone d’habitabilité de cette étoile, de sorte que sa température de surface est compatible avec la présence d’eau liquide. Crédit : ESO/M. Kornmesser

Ces résultats publiés dans Nature s’accompagnent de travaux complémentaires concernant ce système planétaire. L’habitabilité de cette planète, c’est-à-dire la possibilité qu’elle abrite de l’eau liquide à sa surface, a été étudiée par deux autres équipes majoritairement françaises, dont des chercheurs du Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux) et du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/UPMC/ENS Paris/Ecole Polytechnique). Leurs articles, actuellement soumis à la revue Astronomy & Astrophysics, sont déjà consultables en ligne sur l’archive ouverte arXiv.

Ces études montrent que bien qu’elle constitue un excellent candidat de planète propice à l’eau liquide et pouvant abriter la vie, Proxima b ne peut pas être considérée comme une jumelle de la Terre. L’histoire de Proxima b et de son étoile a été radicalement différente de l’histoire de la Terre et du Soleil. La formation de Proxima b, son irradiation par son étoile, les forces de marées qu’elle subit et qui affectent sa structure interne et sa rotation, n’ont pas d’équivalent dans l’histoire de notre planète.

Vue d'artiste de la planète en orbite autour de Proxima Centauri. Crédit : ESO/M. Kornmesser
Vue d’artiste de la planète en orbite autour de Proxima Centauri. Crédit : ESO/M. Kornmesser
Cette représentation d’artiste montre une vue de la surface de la planète Proxima b en orbite autour de la naine rouge Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Système Solaire. Le système d’étoiles double Alpha Centauri AB figure dans l’angle supérieur droit de l’image. Proxima b est dotée d’une masse légèrement supérieure à celle de la Terre et décrit une orbite autour de Proxima Centauri, au sein même de la zone d’habitabilité de cette étoile, de sorte que sa température de surface est compatible avec la présence d’eau liquide. Crédit : ESO/M. Kornmesser

Les détections de planètes rocheuses en orbite autour d’étoiles naines M actives vont se multiplier dans les années à venir avec la mise en service d’instruments dédiés tels que SPIRou. Ce spectropolarimètre proche-infrarouge international, développé par la France, sera mis en service en 2017 au Télescope Canada France Hawaii (TCFH) situé au somment du volcan Mauna Kea à Hawaii.

Référence

A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri, par G. Anglada-Escudé et al., 25 août 2016, Nature.

Contact

Julien Morin, LUPM, CNRS & Université de Montpellier


[1L’appellation Pale Red Dot fait écho à la dénomination attribuée par Carl Sagan à notre Terre : « pale blue dot » (point bleu pâle). Proxima du Centaure étant une étoile de type naine rouge, sa planète baigne au sein d’une pâle lueur de couleur rouge.