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Détectées de manière directe pour la première fois en 2004, le nombre d’exoplanètes identifiées n’a cessé de s’accroître pour aujourd’hui constituer un catalogue d’environ 4000 objets. Des télescopes spatiaux comme Kepler ont révolutionné la chasse aux exoplanètes en utilisant des méthodes photométriques de plus en plus optimisées. À partir des données recueillies par Kepler, des astrophysiciens américains ont pu estimer qu’entre 5 et 10 milliards d’exoplanètes semblables à la Terre sont présentes dans la Voie lactée.

C’est la conclusion des chercheurs de la Penn State University, qui ont utilisé les données du télescope Kepler de la NASA pour estimer le nombre de planètes semblables à la Terre dans la Voie lactée. Leurs résultats, publiés dans la revue The Astronomical Journal, suggèrent qu’une planète semblable à la Terre orbite autour d’une étoile sur quatre semblable au Soleil. Au total, cela signifie qu’il pourrait y avoir jusqu’à 10 milliards de mondes semblables à la Terre dans notre galaxie.

Ce genre d’estimation est une étape importante dans la recherche de la vie extraterrestre, car toute vie potentielle sur d’autres planètes se trouverait très probablement dans un monde similaire à la Terre, avec les mêmes conditions d’habitabilité. Ainsi, une meilleure compréhension du nombre potentiel de planètes semblables à la Terre dans la galaxie peut éclairer des projets tels que le Wide-Field Infrared Survey Telescope, qui sera lancé dans l’espace au milieu des années 2020 et traquera les traces d’oxygène et de vapeur d’eau sur des planètes lointaines.

« Nous obtenons beaucoup plus de retour sur notre investissement si nous savons quand et où regarder » déclare Eric Ford, professeur d’astrophysique. L’équipe de Ford a défini une planète semblable à la Terre comme étant entre trois quarts et une fois et demie la taille de la Terre, et effectuant une orbite autour de son étoile tous les 237 à 500 jours. « Pour les astronomes qui essaient de déterminer ce qui constitue une bonne conception pour le prochain grand observatoire spatial, cette information fait partie intégrante de ce processus de planification ».

Méthode du transit : une technique efficace mais limitée

L’estimation des chercheurs est basée sur les données du télescope spatial Kepler de la NASA. Lancé en 2009, le télescope utilisait ce que l’on appelle la méthode du transit pour trouver des planètes extérieures à notre Système solaire. Il a observé plus de 530’000 étoiles à la recherche d’une légère diminution de la luminosité, pouvant être causée par le passage d’une planète devant elle.

methode detection transit

La méthode de détection des transit permet de détecter les exoplanètes via les variations de luminosité de l’étoile hôte, lorsque la planète passe devant celle-ci. Crédits : Lanao

Kepler a découvert plus de 2600 exoplanètes, a révélé qu’il y avait plus de planètes que d’étoiles dans la Voie Lactée et a donné aux chercheurs un nouvel aperçu de la diversité des types de planètes.

Le télescope a également permis aux astrophysiciens de confirmer pour la première fois que de nombreuses exoplanètes sont similaires à la Terre. Le télescope a pris sa retraite l’année dernière après une panne de carburant, mais a passé le flambeau au Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), lancé en avril 2018.

Dans l’ensemble, les résultats de Kepler suggèrent que 20 à 50% des étoiles visibles dans le ciel nocturne ont des planètes semblables à la Terre dans leurs zones habitables. Mais l’équipe de Ford n’a pas voulu estimer le nombre de planètes semblables à la Terre dans la galaxie en se basant uniquement sur les exoplanètes découvertes par Kepler, car la méthode de transit n’est efficace que pour détecter les grandes planètes proches de leurs étoiles (car elles bloquent plus de lumière).

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Entre 5 et 10 milliards d’exoplanètes dans la Voie lactée

De plus, Kepler était orienté vers les petites étoiles sombres, faisant environ un tiers de la masse du Soleil. Ainsi, pour estimer le nombre de planètes que Kepler aurait pu manquer, les chercheurs ont créé des simulations informatiques d’univers hypothétiques d’étoiles et de planètes, basées sur une combinaison du catalogue de planètes de Kepler et d’une étude des étoiles de la Voie lactée à partir de l’observatoire spatial Gaia (de l’Agence spatiale européenne).

Ensuite, le programme des chercheurs a virtuellement observé ces étoiles comme le ferait Kepler. La simulation a donné aux auteurs une idée du nombre d’exoplanètes — et leur type — dans chaque univers hypothétique que Kepler aurait détecté. Ils ont ensuite pu comparer ces données à ce que le vrai télescope Kepler a détecté dans notre Univers pour estimer l’abondance de planètes de la taille de la Terre dans les zones habitables des étoiles semblables au Soleil.

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telescope kepler

Bien que le télescope Kepler ait permis de recueillir de précieuses données observationnelles, les chercheurs ont combiné celles-ci avec des simulations afin d’obtenir des estimations plus précises. Crédits : NASA

« Il y a des incertitudes importantes sur la gamme d’étoiles définies comme semblables au Soleil, sur la gamme de distances orbitales considérées être dans la zone habitable, et sur la gamme de tailles de planètes considérées comme semblables à la Terre. Compte tenu de ces incertitudes, entre 5 et 10 milliards est une estimation raisonnable » explique Ford.

Des estimations cruciales pour la recherche de vie extraterrestre

La prochaine étape dans la recherche de la vie extraterrestre consiste à étudier les planètes potentiellement habitables pour déterminer de quoi elles sont faites. « Les scientifiques sont particulièrement intéressés par la recherche de biomarqueurs dans l’atmosphère de planètes de taille approximative à celle de la Terre ».

Même si une planète est dans la zone habitable d’une étoile, elle a toujours besoin d’une atmosphère substantielle pour capter suffisamment de chaleur afin de maintenir de l’eau liquide à la surface. Les astrophysiciens peuvent déterminer la composition de l’atmosphère d’une exoplanète en mesurant le comportement de la lumière de son étoile lorsqu’elle passe à travers.

C’est là que les recherches de Ford entrent en jeu : si les mondes semblables à la Terre sont abondants, il pourrait y en avoir suffisamment à proximité pour que les scientifiques de la NASA puissent les étudier à l’aide d’un télescope plus petit et moins coûteux.

Si tous les mondes terrestres sont lointains, la NASA devra s’appuyer sur des télescopes plus performants. Les chercheurs ont recommandé que les futures missions spatiales prévoient une gamme d’incidences possibles de planètes semblables à la Terre — entre une pour 33 étoiles semblables au Soleil et une pour deux étoiles semblables au Soleil.

« L’une des choses importantes ici n’est pas simplement de donner un chiffre, mais de comprendre l’éventail des possibilités. Pour que les personnes qui prennent des décisions puissent espérer le meilleur et planifier le pire, tout en restant en mesure d’élaborer une stratégie scientifique solide » conclut Ford.

Sources : The Astronomical Journal

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