Après un millier d'exoplanètes découvertes en 2014, la NASA et Kepler reviennent à la charge avec 1 284 nouvelles exoplanètes identifiées et validées statistiquement, dont 9 dans une « zone habitable ». Quels sont les enjeux de cette découverte ? Faisons le tour du sujet avec une série de questions/réponses.

Mardi soir, la NASA tenait une conférence de presse afin de présenter le résultat de ses recherches en lien avec le télescope spatial Kepler : la découverte de 1 284 nouvelles planètes. Cette annonce, publiée dans The Astrophysical Journal, est importante, car « cela nous donne l'espoir que quelque part là-bas, autour d'une étoile similaire à la nôtre, nous pouvons finalement découvrir une autre Terre » explique Ellen Stofan, scientifique en chef à la NASA. Pour autant, rien n'est joué sur ce point et tout reste encore à faire.

De la découverte de la première exoplanète en 1995, au lancement de Kepler en 2009

La recherche d'exoplanètes c'est-à-dire de planètes en dehors de notre système solaire n'est pas nouvelle. La première détection est par contre assez récente puisqu'elle remonte même à une vingtaine d'années. À 1995 pour être précis. 

Il y a quelques années, Magali Deleuil, spécialiste du sujet au CNRS, revenait sur cette avancée majeure : « la découverte de 51 Pegasi b a constitué une mini révolution, car elle a apporté la preuve d'une part que les exoplanètes existent et qu'elles sont très différentes des planètes de notre système solaire ». Les choses ont assez peu évolué ensuite avec quelques découvertes par an seulement.

L'arrivée du satellite Kepler a été une seconde mini révolution. Lancé en 2009, il donnera des résultats probants dès cette année, avant d'accélérer le rythme avec une explosion du nombre de détections en 2014 : près de 1 000 exoplanètes sont alors identifiées :

Avec Kepler, comment se fait la détection des exoplanètes ? 

Pour mener à bien sa mission, Kepler utilise une méthode particulière dite du transit. Pour cela, le télescope mesure les variations de luminosité d'une étoile. Lorsqu'elle baisse - même très légèrement - c'est généralement qu'un objet céleste en occulte une partie.

À l'extrême, on peut comparer cela à une situation que l'on connait bien sur Terre : une éclipse du Soleil avec la Lune par exemple. Dans le cas présent, on serait tout de même plus proche de la journée de lundi avec Mercure qui passait devant notre Soleil.

Il n'y a donc pas eu d'observation directe ? 

Le problème de cette méthode, c'est qu'il ne s'agit pas d'une détection directe, mais de mesures scientifiques. Or, rien ne vaut une observation de l'objet en situation réelle pour affirmer qu'il existe bel et bien. C'est par exemple ce qui se passe actuellement avec l'annonce de la « découverte » d'une neuvième planète (voir notre analyse). Des mesures prédisent sa présence avec un certain degré de confiance, mais aucune détection visuelle ne vient confirmer qu'elle existe vraiment.

Avec plus de 4 300 candidats potentiels détectés par Kepler, le problème étant qu'il serait très coûteux et long de pointer des télescopes sur chacun d'entre eux pour vérifier s'il s'agit ou non d'une planète. Pour pallier ce problème, la NASA a mis au point « une nouvelle technique de validation statistique permettant aux chercheurs de quantifier la probabilité qu'un signal candidat donné soit en fait causé par une planète, sans exiger d'observations ».

Des statistiques et une certitude d'au moins 99 % suffisent

Cette technique utilise deux simulations différentes. D'un côté, une analyse du signal qui ne serait pas le même entre une planète et un objet céleste qui tenterait de se faire passer pour une planète. De l'autre en s'appuyant sur l'analyse d'« imposteurs » que l'on connait et qui se trouvent dans notre Galaxie, la Voie lactée.

La combinaison de tout cela donne « un score de fiabilité » entre 0 et 1 qui est ensuite transformé en pourcentage de chance qu'il s'agisse d'une exoplanète. Si le signal d'un objet céleste dépasse les 99 %, alors il est considéré comme une exoplanète. Encore une fois, il n'est pas question ici d'observation directe, mais d'analyse mathématique et statistique, ce qui pourrait être source de tension entre certains scientifiques.

Cette méthode est-elle fiable ? Est-ce la fin des observations au sol ?

En effet, la question de la fiabilité des résultats obtenus par Kepler se pose. Afin d'avoir l'avis d'un spécialiste sur la question, nos confrères de l'Express ont interviewé Vincent Coudé du Foresto, astronome de l'Observatoire de Paris : « La différence entre cette méthode [NDLR : validation statistique] et une observation au sol est la même qu'entre un sondage et une élection. Un sondage porte sur un panel, avec une fourchette d'erreur, alors que l'élection fixe une photo exacte de la situation. Ce travail sur les probabilités est très sérieux et tout aussi légitime ».

Bien évidemment, cette validation statistique ne supprime pas les observations au sol, loin de là. Elles permettent au contraire de sélectionner soigneusement les candidats. « Quand Kepler tombe sur une planète plus sexy, après les premiers tests peu coûteux, ses équipes dégainent le télescope pour obtenir les confirmations nécessaires. C'est le cas quand elles communiquent sur un système particulier ou une planète précise » explique Vincent Coudé en faisant notamment allusion à Kepler-452b qui est l'exoplanète dont on connait l'existence qui serait la plus similaire à la Terre de part sa taille et sa position par rapport à son étoile.

1 284 exoplanètes supplémentaires, ça fait beaucoup ?

Après la théorie de la détection, passons aux chiffres : Kepler a enregistré les variations de luminosité d'étoiles pour pas moins de 4 302 exoplanètes potentielles lors de ses mesures. 1 284 ont dépassé les 99 %, « le minimum requis pour gagner le statut de "planète" » explique la NASA.

Au total, et avec ses précédentes découvertes, Kepler a ainsi détecté 2 325 exoplanètes, autant dire que sa mission est d'ores et déjà un large succès. Pour comparaison, le satellite CoRoT du CNES a découvert « seulement » 32 exoplanètes en six ans d'exploration spatiale. Il était néanmoins un précurseur puisque sa mission a débuté en 2006 et les candidats au titre d'exoplanète étaient validés par une observation au sol, ce qui n'est pas le cas de Kepler.

Mais ce nombre de 1 284 exoplanètes pourrait prochainement grossir puisque 1 327 autres planètes probables n'ont pas atteint la limite de 99 % et nécessitent donc des analyses supplémentaires. Dans le lot des 4 302 analyses, la NASA indique avoir également confirmé 984 planètes qui avaient déjà été validées par de précédentes analyses. Enfin, les 707 restants « sont plus susceptibles d'être un autre phénomène astrophysique » pour l'agence spatiale américaine.

Combien de planètes dans des « zones habitables » ? 

Plus intéressant, dans les 1 284 planètes fraichement découvertes, du moins selon les analyses statistiques de la NASA, 550 pourraient être des rocheuses comme la Terre. C'est du moins la déduction que peut en faire l'équipe américaine en se basant sur diverses informations, dont leur taille.

Enfin, et c'est probablement le cœur de l'annonce, 9 d'entre elles « orbitent dans la zone habitable de leur soleil, qui est la distance d'une étoile où les planètes en orbite peuvent avoir des températures de surface qui permettent d'avoir de l'eau liquide dans une piscine ». Jusqu'à présent, seules 12 exoplanètes dans la zone habitable avaient été détectées, ce qui porte donc leur nombre à 21.

L'image ci-dessous regroupe ces 21 planètes avec leur taille ainsi que leur position par rapport à leur étoile et la température de cette dernière. Aucune n'est aussi proche de la Terre que Kepler-452b qui a été validé il y a quelque temps déjà, mais certaines ne sont vraiment pas loin, à l'échelle de notre galaxie :

Zone habitable, cela signifie que l'on peut y trouver des traces de vie ?

La réponse à cette question n'est pas simple et on ne peut pas simplement dire oui ou non. Lors d'un entretien avec nos confrères de Paris Match, Michel Viso – responsable des programmes d’exobiologie au CNES – tempérait l'enthousiasme de certains sur les notions d'exoplanète et de « zone habitable ».

Il explique que lorsque l'on parle d'une zone habitable, « tout le monde s’excite, aussi bien les scientifiques que les gens autour d’eux. Il y a déjà des individus qui rêvent en disant qu’elles sont déjà habitées. Mais de là à affirmer cela, il y a un tout petit pas intellectuel à franchir mais surtout un grand pas technique et physique à accomplir. Il y a donc une surestimation des potentialités démontrées de ces astres. L’espoir de la vie existe, mais il est fondé sur quelques faits et beaucoup d’extrapolations ».

Dans quelle portion de l'univers se concentrent les recherches ?

Alors que les exoplanètes dont il est question aujourd'hui pourraient sembler être relativement loin dans l'Univers, ce n'est pas le cas. Michel Viso s'explique pour le CNES dans une vidéo qui a sept mois, mais qui reste d'actualité : « pour simplifier, l'essentiel des exoplanètes qu'on a découvert se trouve dans une sphère qui fait à peu près un millier d'années-lumière ».

À titre de comparaison, notre galaxie (la Voie lactée) s'étend sur 100 000 années-lumière et une année-lumière d'épaisseur. Envie d'avoir le tournis avec quelques ordres de grandeur de l'Univers ? Sachez qu'il y a environ 100 milliards d'étoiles dans notre galaxie et que l'Univers observable comporte au moins 100 milliards de galaxies selon l'Observatoire de Paris. Nous vous laissons faire le calcul sur le nombre d'exoplanètes qui pourraient exister... Seule certitude, sur au moins une planète on retrouve de la vie (qui se compte la aussi en milliards d'individus).

Découvrir des exoplanètes, dans quel but ? 

La première réponse, la plus évidente, est de chercher des traces de vie extraterrestre. Il ne faut par contre pas se bercer d'illusions, car ces exoplanètes se trouvent entre quelques années-lumière et un bon millier d'années-lumière de la Terre ; il n'est donc même pas envisageable d'obtenir des photos de la surface pour voir ce qui s'y trouve. Néanmoins, savoir où chercher permet de concentrer ses efforts.

Mais ce n'est pas tout. Ces détections permettent également de mieux comprendre l'Univers et d'appréhender le nombre d'étoiles où orbitent potentiellement des planètes habitables de la taille de la Terre. « Un nombre qui est nécessaire pour concevoir les futures missions de recherche pour les environnements habitables ».

À titre d'exemple, Kepler-452b - qui est considérée comme étant l'exoplanète la plus proche de la Terre et donc une cible de choix - se trouve à 1 400 années-lumière, soit plus de 13 millions de milliards de kilomètres. Avec les sondes actuelles, il faudrait près de... 25 millions d'années pour arriver sur place.

Cela pourrait changer avec d'autres technologies comme Starshot, dévoilé par Stephen Hawking, qui veut utiliser des lasers pour propulser des nano-vaisseaux spatiaux à une vitesse qui pourrait atteindre 20 % de la vitesse de la lumière. Pour atteindre Kepler-452b il ne faudrait alors plus que... 7 000 ans. Ce n'est donc pas pour tout de suite.

Quid de la découverte de trois exoplanètes « potentiellement habitables » par l'ESO ?

Il y a quelques jours, l’Observatoire Européen Austral (ESO) publiait un communiqué pour annoncer la découverte de « trois mondes potentiellement habitables découverts autour d’une étoile naine extrêmement froide proche du système solaire ».

Une annonce importante à plusieurs points de vue. Pour commencer, c'est la première fois que des exoplanètes sont détectées autour d'une étoile de ce genre qui « est beaucoup plus froide et plus rouge que le Soleil et à peine plus grosse que Jupiter ».

Ensuite, Michaël Gillon, premier auteur de l'article scientifique relatant cette découverte, ne cache pas son enthousiasme, et ce, pour plusieurs raisons : « Pourquoi essayons-nous de détecter des planètes semblables à la Terre autour des plus petites et plus froides étoiles dans le voisinage du Soleil ? La raison est très simple : les systèmes autour de ces petites étoiles sont les seuls endroits où nous pouvons détecter la vie sur des exoplanètes de taille semblable à celle de la Terre avec nos technologies actuelles. Aussi, si nous voulons trouver de la vie ailleurs dans l’Univers, c’est là que nous devons commencer à chercher. »

La relève est-elle prête ?

Alors que Kepler est dans l'espace depuis maintenant près de 7 ans et sa mission devait normalement s'achever en 2012. Elle a été prolongée jusqu'en 2016, mais le satellite montre des signes de faiblesse depuis maintenant près de 3 ans. Pendant un temps il était plus ou moins laissé pour mort suite à une défaillance, avant d'être ressuscité avec la mission K2. 

Dans tous les cas, la relève se prépare déjà et, dès l'année prochaine, un nouveau satellite d'observation et de détection des exoplanètes sera lancé (si tout se passe comme prévu) : TESS pour Transiting Exoplanet Survey Satellite. En 2018, le remplaçant de Hubble, le JWST, devrait prendre ses aises dans l'espace. Enfin, le WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) devrait décoller en 2020. Il s'intéressera à la fois aux exoplanètes et à l'énergie sombre. 

Vers « un pas de géant dans la recherche de la vie dans l’Univers »

De nombreux scientifiques attendent ces nouveaux instruments avec impatience, c'est notamment le cas de Julien Witt du MIT qui revient sur la découverte de l'ESO de trois exoplanètes autour d'une étoile très froide : « Grâce à plusieurs télescopes géants actuellement en cours de construction, parmi lesquels l’E-ELT de l’ESO et le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA qui devrait être lancé en 2018, nous serons rapidement capables d’étudier la composition atmosphérique de ces planètes et de les explorer dans un premier temps pour y trouver de l’eau puis pour y détecter des traces d’activité biologique. C’est un pas de géant dans la recherche de la vie dans l’Univers ».

Dans tous les cas, la découverte des exoplanètes est loin d'être terminée et nul doute que dans les prochaines années elles seront toujours plus nombreuses. « Avant le lancement du télescope spatial Kepler, nous ne savions pas si les exoplanètes étaient rares ou communes dans la galaxie. Grâce à Kepler et à la communauté de scientifiques, nous savons maintenant qu'il pourrait y avoir plus de planètes que d'étoiles » explique Paul Hertz, directeur de la division astrophysique de la NASA, en guise de conclusion.

Un grand nombre d'exoplanètes augmente inexorablement les chances de trouver une sœur jumelle de la Terre et, pourquoi pas, des traces de vie.