On a longtemps supposé la présence d’autres mondes, ailleurs dans l’Univers. Avec entre 100 et 400 milliards d’étoiles dans la Voie lactée seule, à laquelle s’ajoutent des milliards d’autres galaxies, il semble en effet improbable que la nôtre soit la seule à disposer d’un système planétaire. Ce n’est pourtant que depuis quelques décennies que les astronomes connaissent l’existence de ces planètes. Ces derniers utilisent diverses méthodes pour confirmer leur présence. Parmi elles, la plus utilisée, et à ce jour la plus efficace, est celle dite du « transit ». Qu’en est-il exactement ?
La méthode du transit planétaire consiste à mesurer la courbe de lumière émise par les étoiles lointaines. Des plongements périodiques de luminosité sont en effet parfois observés. Ceux-ci sont le résultat d’exoplanètes passant devant l’étoile (c’est-à-dire en transit) par rapport à l’observateur. Ces changements sont caractérisés par de très faibles pendages, pendant des périodes de temps fixes. Généralement, les astronomes observent une baisse d’environ 1/10. 000e de la luminosité globale de l’étoile pendant seulement quelques heures. Ces changements sont également périodiques, provoquant ainsi les mêmes creux de luminosité à chaque fois, pendant une même durée. Cette méthode est aujourd’hui robuste et s’est avérée très efficace. Sur les 3 526 planètes extra-solaires confirmées à ce jour, la méthode du transit aura permis d’en déceler 2 771 — plus que toutes les autres méthodes combinées.
L’un des plus grands avantages de cette méthode est la façon dont elle peut fournir des contraintes précises sur la taille des planètes détectées. Alors qu’une petite planète provoquera un subtil changement de luminosité, une plus grande planète engendrera un changement plus perceptible. Combinée avec la méthode de vitesse radiale (qui peut déterminer la masse de la planète), on peut alors identifier la densité de la planète. De là, les astronomes sont capables d’évaluer la structure physique et la composition d’une planète — c’est-à-dire de déterminer s’il s’agit d’un géant gazeux ou d’une planète rocheuse. Les planètes qui ont été étudiées en utilisant ces deux méthodes sont de loin les mieux caractérisées de toutes les exoplanètes connues.
En plus de révéler le diamètre des planètes, la méthode peut également permettre d’étudier l’atmosphère d’une planète par spectroscopie. La lumière de l’étoile traversant l’atmosphère de la planète, les spectres qui en résultent peuvent être analysés pour déterminer quels éléments y sont présents, fournissant ainsi des indices quant à la composition chimique de l’atmosphère.
Dernier point, mais non des moindres, la méthode de transit peut également nous en apprendre davantage sur la température et le rayonnement d’une planète à partir d’éclipses secondaires (lorsque l’étoile passe derrière son soleil). À cette occasion, les astronomes mesurent l’intensité photométrique de l’étoile, puis la soustraient des mesures de l’intensité de l’étoile avant l’éclipse secondaire. Cela permet de mesurer la température de la planète et peut même déterminer la présence de formations de nuages dans l’atmosphère de la planète. Il suffit parfois de peu pour établir une quantité de choses.
La méthode souffre néanmoins d’un inconvénient. Les transits planétaires ne sont en effet observables que lorsque l’orbite de la planète est parfaitement alignée avec la ligne de vue des astronomes. La probabilité que l’orbite d’une planète coïncide avec le point de vue d’un observateur équivaut à la ration du diamètre de l’étoile par rapport au diamètre de l’orbite. Seulement environ 10 % des planètes avec des périodes orbitales courtes connaissent un tel alignement, et cela diminue pour les planètes avec des périodes orbitales plus longues. En conséquence, cette méthode ne peut pas garantir qu’une étoile particulière observée héberge effectivement des planètes.
Finalement, la méthode de transit a certaines « limites » mais reste la plus efficace, surtout lorsqu’elle est associée à d’autres méthodes. Cette photométrie de transit est réalisée par de multiples observatoires terrestres et spatiaux à travers le monde. L’exemple le plus remarquable reste aujourd’hui le télescope spatial Kepler de la NASA. Au cours de sa mission initiale, qui s’est déroulée de 2009 à 2013, Kepler a détecté 4 496 candidats planétaires et confirmé l’existence de 2 337 exoplanètes. En novembre 2013, après une défaillance, le télescope a entamé sa mission K2, au cours de laquelle 515 planètes supplémentaires ont été détectées, et 178 confirmées.
En mars 2018 une étape supplémentaire devrait être franchie. Le Satellite TESS, de la NASA, devrait en effet être mis en orbite. En utilisant la méthode de transit, TESS détectera des exoplanètes et sélectionnera également des cibles pour étude ultérieure par le télescope spatial James Webb (JSWT), qui sera déployé en 2019. Préparez-vous donc à de nombreuses découvertes.
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