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    Sept cousines de la Terre découvertes autour d’une même étoile

    Une illustration de ce à quoi pourrait ressembler le système TRAPPIST-1, selon ce que l'on sait de taille, de la masse et de la distance orbitale des sept planètes.
    Photo: NASA/JPL-Caltech Une illustration de ce à quoi pourrait ressembler le système TRAPPIST-1, selon ce que l'on sait de taille, de la masse et de la distance orbitale des sept planètes.

    Des astronomes affirment avoir découvert un système planétaire susceptible d’héberger de la vie. Ce système se compose de sept planètes de tailles et de masses comparables à celles de la Terre, qui tournent autour d’une naine rouge, une étoile peu massive dont la température peu élevée rend possible la présence d’eau liquide à leur surface.
     

    Cette découverte spectaculaire qui fait l’objet d’une publication dans la revue Nature suscite de grands espoirs.

     

    En quoi cette découverte est-elle importante? Notre explicateur.

      
     

    Contrairement à la plupart des astronomes qui ont pointé jusqu’à maintenant leurs télescopes sur des étoiles semblables au Soleil, l’équipe menée par Michaël Gillon, du Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research (STAR) de l’Université de Liège, en Belgique, a plutôt dirigé son attention sur des étoiles peu massives, comme les naines rouges, qui foisonnent dans notre galaxie.
     

    Et c’est ainsi que cette équipe internationale a détecté et confirmé l’existence de sept planètes de la taille de la Terre alors qu’elles passaient devant une étoile située à 39 années-lumière de nous dans la constellation du Verseau. Baptisée TRAPPIST-1, cette étoile a une masse équivalant à environ 8 % de celle du Soleil et une taille légèrement supérieure à celle de la planète Jupiter. Elle émet donc une énergie nettement moindre que celle du Soleil.

     

    Détectées par la méthode des transits

     

    Les chercheurs ont donc dépisté l’existence de ces sept planètes par la méthode des transits. Chaque fois qu’une planète passait devant TRAPPIST-1, elle bloquait une petite portion de la lumière émise par l’étoile dans notre direction. De plus, le fait que ce léger obscurcissement survenait périodiquement confirmait qu’il s’agissait bien d’une planète en orbite autour de cette étoile.

       

    L’observation de 92 transits planétaires — passage d’une planète devant son étoile — a permis aux astronomes d’identifier sept planètes distinctes autour de TRAPPIST-1, qu’ils ont nommées TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g et h, en ordre de distance croissante depuis leur étoile mère.
     

    « Quand les étoiles sont beaucoup plus petites que le Soleil, les planètes de la taille de la Terre projettent une ombre relativement plus grande, ce qui permet de les détecter et de les étudier plus facilement », a expliqué lors d’un point de presse Amaury Triaud, chercheur à l’Institute of Astronomy de l’Université Cambridge au Royaume-Uni et coauteur de l’article

       

    « En choisissant de fixer nos télescopes sur une petite étoile, comme TRAPPIST-1, nous avons pu obtenir un grossissement 80 fois plus grand que celui que nous aurions eu avec une étoile de la taille du Soleil. Cela veut dire que nous pourrons étudier en détail le climat de ces planètes, ainsi que la composition chimique de leur atmosphère, laquelle nous indiquera s’il y a de la vie. Nous devrions savoir d’ici dix ans s’il y a effectivement de la vie sur ces planètes. 

     

    Les chercheurs ont effectué leurs observations à partir du télescope spatial Spitzer de la NASA ainsi qu’à partir de multiples télescopes terrestres, tels que le TRAPPIST-South (TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope) de l’Observatoire La Silla de l’European Southern Observatory (ESO), au Chili, le TRAPPIST-North de l’Observatoire Oukaïmeden, au Maroc, le Very Large Telescope/HAWK-1 de l’Observatoire Paramal, au Chili, le télescope UKIRT à Mauna Kea, à Hawaï, le télescope William Herschel à La Palma, aux îles Canaries, le télescope Liverpool et le télescope SAAO du South African Astronomical Observatory (SAAO).

     

    Ces observations leur ont permis de déterminer la taille, la masse, l’orbite et la température de chacune de ces planètes, voire la densité pour six d’entre elles. Il est ainsi apparu que la taille de cinq planètes (b, c, e, f, g) est similaire à celle de la Terre, tandis que celle des deux autres (d et h) est un peu plus petite, soit intermédiaire entre celle de Mars et celle de la Terre. Les estimations de la masse des six planètes b, c, d, e, f, g suggèrent qu’elles sont vraisemblablement rocheuses.

     
    Photo: NASA/JPL-Caltech Une illustration de ce à quoi pourrait ressembler la surface de TRAPPIST-1f

    « Ce système planétaire est très compact, souligne Michaël Guillon. Les planètes sont très proches de leur étoile et situées très proches les unes des autres. »
     

    La planète TRAPPIST-1b fait le tour de son étoile en une journée et demie, sa voisine le fait en deux jours et demi, la troisième en quatre jours, la quatrième en six jours, la cinquième en neuf jours, la sixième en douze jours et la septième en vingt jours. « TRAPPIST-1 est une étoile si petite et si froide que les sept planètes sont tempérées, ce qui veut dire que de l’eau liquide pourrait se trouver à leur surface et, par conséquent, peut-être de la vie », explique-t-il.

     

    Cette configuration compacte du système fait en sorte que le cœur de ces planètes subit vraisemblablement des effets de marée sous l’influence de la force gravitationnelle de leur étoile qui, parce qu’elle est très près d’elles, les attire vers elle, ainsi que par la force gravitationnelle des planètes voisines qui sont également très proches les unes des autres. « Soumis à ces forces opposées, l’intérieur des planètes se fait masser, créant ainsi une forte friction qui génère de la chaleur, laquelle contribue à maintenir une température de surface permettant la présence d’eau liquide », explique Robert Lamontagne, astronome à l’Université de Montréal.

     

    Les chercheurs font également remarquer que les périodes orbitales — le temps que met la planète à faire le tour de son étoile — des sept planètes sont des multiples presque entiers l’une de l’autre et que, pour cette raison, le système est « en presque résonance ». « Leur rotation est ainsi synchrone avec leur période de révolution [autour de l’étoile], ce qui veut dire que les planètes présentent toujours la même face à leur étoile, comme notre lune. Elles ont donc un côté qui est plongé dans une nuit permanente et un côté constamment éclairé. Néanmoins, les modèles climatiques suggèrent qu’il y a suffisamment de circulation pour tempérer le climat de ces planètes », précise René Doyon, astrophysicien à l’Université de Montréal.

     

    De l’eau liquide (et de la vie)?

     

    À l’aide d’un modèle climatique intégrant la faible température de l’étoile, l’équipe de chercheurs a estimé que les planètes e, f et g pourraient présenter des océans d’eau liquide à leur surface ainsi qu’une atmosphère terrestre. Ces trois planètes se trouvent en effet dans la zone dite habitable, où les conditions sont particulièrement propices à l’apparition de la vie.

     

    Un autre modèle assumant le fait que les sept planètes présentent une certaine synchronicité dans leurs périodes orbitales prédit quant à lui que les trois planètes (b, c et d) les plus près de l’étoile contiendraient aussi de l’eau liquide en quantité plus limitée dans certaines régions de leur surface.

    On devrait trouver beaucoup d’autres planètes soeurs de la Terre dans les prochaines années
    Robert Lamontagne, astronome à l’Université de Montréal

    « Ce ne sont pas les premières exoplanètes de taille et de masse comparables à la Terre que l’on découvre, mais deux des sept planètes du système TRAPPIST-1 se situent à la bonne distance de leur étoile pour avoir une température comparable à celle régnant sur la Terre, ce qui veut dire que s’il y a de l’eau sur ces planètes, elle serait probablement liquide », souligne Robert Lamontagne, astronome à l’Université de Montréal. « Comme ces deux planètes font le tour de leur étoile en quelques jours, elles passent devant leur étoile tous les quatre jours pour l’une et tous les six jours pour l’autre, ce qui fait qu’on peut les observer régulièrement et très facilement. L’autre aspect intéressant est le fait que ce système est très proche de nous, à moins de 40 années-lumière, ce qui facilite son observation. 

     

    « Comme ces planètes seront plus faciles à étudier, il sera donc plus facile de détecter une signature chimique typique de la présence de vie dans la composition de leur atmosphère », ajoute-t-il.

    Photo: NASA/JPL-Caltech Une illustration du système TRAPPIST-1 et de l'état possible de l'eau à la surface des planètes qui orbitent l'étoile
     

    Selon Michaël Gillon, « si nous trouvons une combinaison de méthane, d’oxygène, d’ozone et de dioxyde de carbone, nous aurons une bonne indication de la présence d’une activité biologique ».

     

    Un grand moment dans l'étude des exoplanètes

     

    Pour René Doyon, cette découverte est « excitante » en raison de la proximité de l’étoile TRAPPIST-1. « C’est une chose de trouver des planètes terrestres, mais il faut aussi pouvoir les étudier, fait-il remarquer. De plus, les planètes de ce système transitent entre la Terre et leur étoile, ce qui permet d’étudier leur atmosphère. Pour ce faire, on analyse d’abord le spectre de l’étoile puis, quand la planète passe devant l’étoile, son atmosphère filtre la lumière de l’étoile et on peut ainsi détecter l’empreinte de l’atmosphère. C’est ainsi qu’on arrive à déterminer si elles ont une atmosphère et la composition de celle-ci. Également, le fait que leur étoile est très petite facilite l’étude de leur atmosphère. »

     

    Mais ce qui anime par-dessus tout l’astrophysicien est le fait que l’imageur dans le proche infrarouge et spectrographe sans fente, appelé NIRISS (Near-InfraRed Imager and Slitless Spectrograph), que son équipe de l’Université de Montréal a mis au point et qui sera installé sur le futur télescope spatial James Webb, permettra d’étudier l’atmosphère de deux ou trois de ces nouvelles exoplanètes situées dans la zone habitable, et ce, dès l’été 2019.

     

    « On s’entend que ce système TRAPPIST-1 est très différent du système solaire », font remarquer M. Lamontagne et M. Doyon.

     

    Le système TRAPPIST-1 ressemble plutôt au système de lunes de Jupiter. Mais « ces étoiles, comme TRAPPIST-1, qui sont plus petites et plus froides que le Soleil sont la norme dans la galaxie, dit M. Lamontagne. Ce qui veut dire qu’on devrait trouver beaucoup d’autres planètes sœurs de la Terre dans les prochaines années. »

    Revoyez notre discussion avec l'astrophysicien Robert Lamontagne Que comprendre de cette découverte? Nous avons discuté avec le coordonnateur du Centre de recherche en astrophysique du Québec.

     

     

    Voyez un panorama 360° de ce à quoi la surface de TRAPPIST-1d pourrait ressembler.

     












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