Depuis leur première détection confirmée en 1992, le nombre d’exoplanètes découvertes n’a cessé de croître. En effet, ces planètes situées en dehors de notre système solaire suscitent l’intérêt des chercheurs, qui espèrent notamment y trouver des conditions propices à la vie et mieux comprendre la formation des systèmes planétaires. La découverte des exoplanètes nécessite des techniques de détection très élaborées, parmi lesquelles figurent la vitesse radiale et le transit. Cet article retrace les principales étapes et méthodes utilisées pour détecter ce phénomène fascinant.
Le rôle-clé du spectre de lumière dans la détection des exoplanètes
Le spectre de lumière est l’un des outils essentiels pour repérer la présence d’une exoplanète autour d’une étoile. En analysant soigneusement le spectre de lumière provenant d’une étoile, les scientifiques peuvent détecter de subtiles variations indicatives de la présence d’une planète en orbite autour d’elle. Plus précisément, c’est la variation des longueurs d’onde du spectre qui révèle l’influence gravitationnelle exercée par une planète sur son étoile hôte.
La méthode de la vitesse radiale : l’effet Doppler-Fizeau au service de la détection
C’est dans les années 1990 que la méthode de la vitesse radiale, basée sur l’effet Doppler-Fizeau, est apparue comme un moyen efficace pour détecter les exoplanètes ou planètes habitables. L’effet Doppler-Fizeau est lié au mouvement des objets célestes et se manifeste par un changement de fréquence (ou de longueur d’onde) de la lumière qu’ils émettent.
En observant le spectre de lumière provenant d’une étoile, les chercheurs peuvent ainsi mesurer si celle-ci se rapproche ou s’éloigne de nous, c’est-à-dire enregistrer sa vitesse radiale. Or, la présence d’une planète orbitant autour de l’étoile influe sur ce mouvement en créant une attraction gravitationnelle. Cette interaction provoque pour l’étoile un mouvement en « oscillation » dont l’amplitude révèle la masse de la planète.
C’est grâce à cette méthode que la première exoplanète, nommée 51 Pegasi b, a été découverte en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz, qui ont ainsi reçu le prix Nobel de physique en 2019.
Les limites de la méthode de la vitesse radiale
Bien que très efficace pour détecter une exoplanète, la méthode de la vitesse radiale présente toutefois quelques limitations. En effet, elle ne permet pas de mesurer précisément la taille des planètes, ni de détecter des orbites très excentriques. De plus, cette méthode est moins bien adaptée pour repérer des planètes situées autour d’étoiles de faible masse ou de grande distance.
La méthode du transit : une fenêtre sur les caractéristiques des exoplanètes
D’autres techniques de détection des exoplanètes ont été développées par la suite, telles que la méthode du transit. Cette approche consiste à observer le passage d’une planète devant son étoile hôte et, ainsi, à étudier la variation temporaire de luminosité provoquée par cet événement. La profondeur de l’occultation fournit des informations précieuses sur la taille de la planète, tandis que la durée du transit révèle la période orbitale et donc la distance qui sépare la planète de son étoile.
La méthode du transit a permis de découvrir de nombreuses exoplanètes, notamment grâce aux télescopes spatiaux dédiés tels que Kepler (en activité de 2009 à 2018) et TESS (lancé en 2018).
L’analyse de l’atmosphère des exoplanètes
En plus de fournir des données sur la taille et la période orbitale des exoplanètes, la méthode du transit offre également la possibilité d’étudier leur atmosphère. En effet, lorsque la lumière de l’étoile traverse l’atmosphère de la planète lors du transit, certains gaz présents absorbent des longueurs d’onde spécifiques. En comparant les spectres de lumière avant et pendant le transit, les chercheurs peuvent déterminer la composition atmosphérique de l’exoplanète, ce qui constitue un facteur clé pour évaluer sa potentielle habitabilité.
D’autres techniques de détection en complément
Outre la vitesse radiale et le transit, d’autres méthodes sont employées pour détecter les exoplanètes, comme :
– La détection directe : cette approche consiste à « voir » et à photographier directement une exoplanète grâce à des instruments capables de bloquer la lumière de l’étoile hôte et d’améliorer le contraste entre l’étoile et la planète. Cette technique a été utilisée pour découvrir, par exemple, l’exoplanète Fomalhaut b en 2008.
– Les microlentilles gravitationnelles : cette méthode repose sur l’étude des effets de la gravité sur la lumière. Lorsqu’une étoile (et potentiellement une exoplanète) située au loin passe derrière une autre étoile plus proche de nous, la gravité de l’étoile proche agit comme une lentille et amplifie la lumière de l’étoile lointaine, révélant ainsi la présence de l’exoplanète.
– L’astrométrie : cette technique consiste à suivre avec précision la position d’une étoile dans le ciel, afin de détecter le mouvement de « va-et-vient » induit par la présence d’une planète en orbite autour d’elle. L’astrométrie est principalement utilisée pour confirmer des détections obtenues par d’autres méthodes.
Au fil des décennies, l’étude des exoplanètes n’a cessé de s’enrichir grâce aux avancées technologiques et aux nouvelles méthodes de détection. Cette recherche passionnante nous permet ainsi de continuer à explorer l’immensité de l’univers et d’en percer les mystères, en quête de mondes lointains susceptibles d’accueillir la vie.