Le prix Nobel de physique 2019 a été attribué à M. Mayor et D. Queloz pour la découverte expérimentale de la première exoplanète, 51 Pegasi b. Depuis cette découverte, la « chasse à la planète » bat son plein et, à ce jour, plus de 4 000 exoplanètes ont été détectées ! Alors que les découvertes d’exoplanètes vont bon-train, une deuxième phase de leur étude a commencé et va se développer fortement dans les années à venir : la caractérisation de leur atmosphère.
Les exoplanètes sont des planètes situées hors de notre système solaire et orbitant donc autour d’une étoile autre que le Soleil. D’abord théorisées, une première exoplanète a été découverte en 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz à l’observatoire de Haute Provence en France. Depuis, de très nombreuses exoplanètes ont été découvertes, près de 4 000 identifiées à ce jour, avec des caractéristiques très diverses tant sur leur physique (solide ou gazeuse) que sur leur taille, leur masse ou leur température !
Détecter des exoplanètes est un défi scientifique et technologique important qui nécessite des instruments perferctionnés. En effet, une planète est environ 1 milliard de fois moins lumineuse qu’une étoile ce qui oblige les scientifiques à observer dans des conditions particulières : en lumière infrarouge, en « éteignant » la lumière de l’étoile pour l’imagerie directe ou en observant des fluctuations du flux lumineux de l’étoile dû au transit de la planète pour l’imagerie indirecte.
Pour en savoir plus : les techniques de détection des exoplanètes et les définitions d’une planète, d’une exoplanète
Les atmosphères des exoplanètes
L’étude de l’atmosphère des exoplanètes rassemble différentes caractéristiques telles sa composition chimique, sa température ou encore sa densité. On peut apprendre beaucoup des observations spectroscopiques d’une atmosphère d’exoplanète : par exemple, la composition moléculaire de l’atmosphère d’une exoplanète géante peut permettre de retracer la formation et l’évolution de la planète, tandis que l’atmosphère des exoplanètes rocheuses peut révéler la présence de gaz trahissant l’existence d’une activité biologique.
Le CEA est très impliqué dans cette deuxième phase d’étude. D’abord, à travers une contribution majeure de l’Irfu aux instruments des deux prochaines missions spatiales qui permettront des avancées majeures dans la connaissance des atmosphères d’exoplanètes, avec :
• La maîtrise d’œuvre de l’imageur de l’instrument MIRI qui équipe le James Webb Space Telescope, mission phare de la NASA, dont le lancement par une fusée ARIANE est prévu en mars 2021.
• La maitrise d’oeuvre de l’instrument AIRS de la mission Ariel de l’ESA, mission entièrement consacrée à l’étude de l’atmosphère des exoplanètes et qui, à partir de 2028, étudiera l’atmosphère d’environ mille exoplanètes et permettra une approche statistique.
Pour en savoir plus : Qu’apporte le JWST dans l’observation des exoplanètes ? et Comment détecter les atmosphères des planètes du systèmes Trappist-1 ? from ExplorNova on Vimeo.
Ensuite, en préparant l’exploitation scientifique de ces missions, notamment en conduisant le programme d’observations de l’atmosphère d’exoplanètes qui sera fait dans le cadre des observations en temps garanti au consortium qui a développé l’instrument MIRI.
La détection de l’atmosphère d’exoplanètes est particulièrement difficile et pour nous y préparer au mieux des méthodes d’analyse sophistiquées des données sont en train d’être développées dans le cadre du projet Européen H2020 Exoplanets A, coordonné par l’Irfu/DAp.
Enfin, la maison de la simulation développe les modèles d’atmosphère ‘dernier cri’ nécessaires à l’interprétation des résultats, en introduisant, notamment, des phénomènes de convection non pris en compte jusqu’à présent.
Pour en savoir plus :
Autres ressources
L’ensemble des vidéos de la chaîne ExplorNova : https://vimeo.com/explornova/videos
Les vidéos de vulgarisation en lien avec le projet européen H2020, Exoplanets A : http://irfu.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_sstechnique.php?id_ast=4559
Le magazine clef du CEA n°68, page 16 : Dernières nouvelles du cosmos