Dans le système Trappist-1, sept exoplanètes d'une taille comparable à la Terre orbitent autour de leur étoile en quelques jours seulement, et peuvent abriter de l'eau. Au-delà des effets d'annonce, faisons le point sur ce que l'on sait pour le moment, et ce que l'on peut attendre de cette découverte.

Comme prévu, la NASA tenait hier soir une conférence de presse afin de présenter une « découverte au-delà de notre système solaire ». On sait désormais de quoi il s'agit : un système composé d'une étoile – Trappist-1 – et de sept exoplanètes (Trappist-1b à 1 h, Trappist-1a étant le nom parfois utilisé pour l'étoile). Elles ont toutes une taille proche de celle de la Terre, et trois d'entre elles se trouvent en « zone habitable ». 

Des exoplanètes à la pelle dans l'Univers, mais le système Trappist-1 est singulier

Pour rappel, la découverte d'exoplanètes n'est pas une nouveauté, les scientifiques en identifient régulièrement. On se souviendra par exemple du télescope spatial Kepler qui en a débusqué 1 284 à lui tout seul en mai de l'année dernière. Dans le lot, neuf se trouvent dans la « zone habitable » (mais pas dans le même système), une notion qui signifie simplement qu'elles sont à une distance de leur étoile qui permet d'avoir des températures de surface compatibles avec la présence d'eau liquide à la surface.

Néanmoins, c'est la première fois que sept planètes – probablement toutes rocheuses – sont identifiées dans le même système solaire, d'où l'intérêt porté par les chercheurs. Bien évidemment, ce n'est certainement pas le seul système du genre dans l'Univers, mais celui-ci a été observé et étudié de près par les scientifiques du monde entier. 

À la recherche de la vie

Lors de la conférence, le scientifique belge Michaël Gillon explique que la présence de trois d'entre elles dans la zone habitable est une première en dehors de notre système solaire. C'est « très prometteur pour la recherche de vie en dehors de notre système solaire » ajoute-t-il. Le mot est lâché, « la vie ». Notez que les sept exoplanètes pourraient renfermer de l'eau, mais pas forcément à la surface pour toutes.

Le but est ainsi de trouver « une seconde Terre » pour les chercheurs de la NASA, pour qui « la question n'est pas de savoir si, mais quand ». Néanmoins, il est important de rappeler qu'il ne s'agit pour le moment que de spéculations déduites à partir de la taille et des orbites des exoplanètes, pas d'observations, comme le reconnait la spécialiste Sara Seager du MIT lors de la conférence de presse.

Interrogé sur une possible « écoute » du système Trappist-1, Michael Gillon indique que le SETI s'est déjà penché sur la question, mais qu'il n'a pour l'instant « pas détecté de signaux artificiels » provenant de ce système. Dans tous les cas, il ne faut pas s'attendre à de nouvelles révélations sur la présence d'une forme de vie (intelligence ou non).

Si proche et si loin de nous

Les planètes se trouvent en effet dans la constellation du Verseau, à un peu moins de 40 années-lumière de la Terre, soit plus de 370 000 milliards de kilomètres, excusez du peu. À titre de comparaison, la sonde Voyager 1 de la NASA se trouve à « seulement » un peu plus de 20 milliards de kilomètres, 40 ans après avoir quitté la Terre.

Alors que la lumière émise par Trappist-1 met 40 ans à nous arriver, les signaux de Voyager 1 (qui voyagent dans l'espace à la vitesse de la lumière ne mettent que... 38 heures. Bref, ce système solaire est à la fois proche comparé à l'immensité de l'Univers (82 milliards d'années-lumière pour la partie observable) et loin de nous (à l'échelle de notre exploration).

Si Trappist-1 est loin, elle n'est d'une certaine manière pas sans rappeler ce que l'on trouve dans notre système solaire, comme l'explique le CNRS : « Par bien des aspects, le cortège des planètes de Trappist-1 rappelle les systèmes de satellites gravitant autour de Jupiter et des autres planètes géantes du système solaire, indiquant peut-être des mécanismes de formation similaires ». De quoi, peut-être, améliorer encore notre compréhension du système solaire.

Qu'est-ce qu'une étoile naine ultra froide ? 

Maintenant que les présentations sont faites, plongeons un peu plus profondément dans ce système. Il est donc articulé autour d'une étoile classée comme étant une « naine ultra froide ». Ne vous y méprenez pas, elle n'est pas si froide que cela : il fait plus de 2 000 °C à sa surface. Cela reste néanmoins largement inférieur à notre Soleil qui dépasse les 5 000 °C.

Comme son nom l'indique, elle est dix fois plus petite que le Soleil (12 fois plus légère) et à peine plus grande que Jupiter. Notez que les naines ultras froides sont fréquentes dans l'Univers, bien plus que des étoiles du type de notre Soleil précisent les scientifiques.

Conséquence, afin d'obtenir une chaleur suffisante et être dans une zone habitable, les planètes sont proches de leur étoile, bien plus que dans notre système solaire. À titre de comparaison, l'exoplanète la plus éloignée (Trappist-1 h) se trouve à 0,06 unité astronomique de son étoile Trappist-1. Une unité astronomique étant la distance qui sépare notre Terre du Soleil (Mercure, la planète la plus proche est à 0,387 UA).

Petit système, orbite de quelques jours et rotation synchrone

Qui dit courte distance, dit également petite période orbitale (temps pour effectuer une rotation autour de l'étoile). Elle oscille en effet entre 1,51 jour pour Trappist-1b et environ 20 jours pour Trappist-1 h, contre un an pour la Terre et trois mois pour Mercure. Si l'on pouvait se rendre sur n'importe laquelle de ces exoplanètes, nul doute que la vue dans le ciel serait magnifique.

Les faibles distances séparant les planètes de leur étoile impliquent que les « forces de marée exercées par l’étoile sont considérables et imposent aux planètes une rotation dite synchrone » indique le CNRS. Pour rappel, une rotation synchrone signifie que c'est toujours la même face qui est exposée à l'étoile. Une situation que l'on retrouve par exemple entre la Terre et Lune : la face cachée n'est jamais visible depuis la Terre, d'où son nom.

La méthode du transit porte encore ses fruits

Pour arriver à toutes ces conclusions, les scientifiques n'ont pas procédé à une observation directe des exoplanètes, celles-ci étant trop éloignées pour les instruments dont nous disposons pour le moment. Ils ont utilisé une technique bien particulière dite du transit. Cette dernière est également utilisée par Kepler pour identifier des exoplanètes.

Pour faire simple, un télescope mesure l'intensité lumineuse d'une étoile, et plus précisément ses variations dans le temps. Si elle baisse, c'est probablement qu'au moins une des planètes en rotation passe devant, occultant une partie de son rayonnement. Il est alors possible de calculer la taille des exoplanètes (en fonction de la diminution de l'intensité) ainsi que leur période orbitale (suivant la récurrence des passages). Plus l'étoile est petite, plus il est possible d'obtenir des mesures précises selon les scientifiques.

Une estimation de la masse peut être effectuée (sauf pour la dernière pour le moment), ce qui permet de déduire la densité de l'exoplanète et donc sa composition. Dans le cas présent, la conclusion est que toutes les exoplanètes de Trappist-1 seraient rocheuses. Des analyses poussées permettront de savoir non seulement la quantité d'eau qu'elles renferment, mais aussi si elle est présente sous forme liquide.

Des orbites en résonance permettent d'affiner les estimations

Point intéressant, le CNRS explique que les « orbites des planètes de Trappist-1 sont en résonance les unes avec les autres : lorsque la planète g accomplit une révolution autour de son étoile, les planètes b, c, d, e et f en ont fait respectivement 8, 5, 3, 2 et 4/3 ». L'orbite de Trappist-1 h n'est pas encore suffisamment précise pour en tirer des conclusions. 

Cela n'est pas une surprise, c'est même un comportement attendu pour un petit système du genre. Ces résonances « favorisent les rapprochements entre planètes et leurs interactions gravitationnelles. Pour cette raison, les transits ne se succèdent pas de façon parfaitement périodique, mais se produisent avec des avances ou des retards parfois de plus d'une heure » ajoute le centre de recherche français. Avantage pour les scientifiques, cela permet de contraindre les masses et obtenir une estimation plus précise.

Pour en savoir davantage sur les caractéristiques de l'étoile et des exoplanètes, vous pouvez vous rendre sur cette page.

De trois, on passe à sept exoplanètes grâce aux mesures de Spitzer 

La découverte de Trappist-1 ne date pas d'hier. En effet, « début 2016, des observations photométriques (mesure de la luminosité à haute précision), réalisées par le télescope Trappist de l’ESO et le télescope spatial Spitzer de la NASA, avaient révélé autour de l’étoile Trappist-1 la présence de trois planètes de taille terrestre (Trappist-1 b, c et d) » explique le CNRS.

Initialement, les scientifiques pensaient donc que le système était composé de trois planètes, mais cela ne collait pas parfaitement avec les observations de transit. Il fallait donc affiner les mesures et engranger plus d'informations. Finalement, à l'aide d'ordinateurs, les modèles mathématiques et les simulations ont permis de conclure à la présence de sept exoplanètes.

Pour arriver à ce résultat, il a fallu compiler pas moins de 500 heures de données enregistrées de manière quasi continue par le télescope infrarouge Spitzer (soit un peu plus de 20 jours entre mi-septembre et début octobre 2016), ce qui explique qu'il y a encore des incertitudes pour Trappist-1 h). Cela a permis de valider et surtout d'améliorer les premiers relevés du télescope Trappist au Chili. Bien évidemment, l'étude du système continue, que ce soit avec des télescopes spatiaux, ou bien depuis la Terre. Pour Sean Carey, responsable du Spitzer à la NASA, il s'agit du résultat « le plus excitant qu'il a vu depuis 14 ans » qu'il est en fonctionnement.

Le James Webb Telescope attendu de pied ferme

Les scientifiques attendent maintenant avec impatience l'arrivée du James Webb Telescope. Il sera notamment capable de « détecter les empreintes chimiques de l'eau, du méthane, de l'oxygène, de l'ozone et d'autres composantes de l'atmosphère d'une planète » explique la NASA. Pour rappel, la construction est terminée et il devrait prendre son envol en octobre 2018. Mais Trappist-1 ne sera évidemment pas le seul système sur lequel il se penchera. Les demandes devraient être nombreuses.

Quoi qu'il en soit, cette découverte est une collaboration internationale entre la NASA, le CNRS, le CEA, l’UPMC et d'autres universitaires. Ces travaux ont fait l'objet d'une publication dans la revue spécialisée Nature. De son côté, la Commission européenne, qui a participé au financement de cette découverte, précise qu'elle s'inscrit dans le cadre du projet SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing Ultra cOOl Stars). Ce dernier est en phase finale et mené par une équipe internationale dirigée par Michaël Gillon.

Sachez enfin qu'un site dédié a été mis en place, avec de nombreuses images, vidéos et explications :

• Accéder au site de Trappist-1