Savez-vous qu’il existe des planètes en dehors de notre système solaire ? Cette question a nourri des réflexions profondes, depuis l’Antiquité par Épicure et Démocrite, en passant par l’époque moderne avec l’avènement de la théorie héliocentrique. Des figures comme Copernic ou Giordano Bruno ont envisagé l’existence d’autres mondes, mais ce n’est qu’à la fin du XXe siècle, grâce aux progrès des instruments d’observation, que la science a pu prouver que d’autres étoiles que le Soleil sont accompagnées de planètes.

Définition
Composé du préfixe grec « exo » signifiant « hors de », le terme « exoplanète » représente simplement les planètes qui se situent en dehors de notre Système solaire. Aussi connues sous le nom de « planètes extrasolaires », ce sont des corps sphériques orbitant autour d’une étoile autre que notre Soleil. Invisibles à l’œil nu, elles ne produisent pas leur propre lumière, mais réfléchissent celle de leur étoile, comme la Terre le fait avec le Soleil. Comme les exoplanètes sont très éloignées, elles renvoient très peu de lumière et seules les plus grosses ou les plus chaudes peuvent être détectées par des télescopes puissants.

Découverte
On se doutait de leur existence depuis des années, mais les instruments n’étaient pas assez performants pour les détecter, et ce n’est qu’en 1992 que deux exoplanètes furent découvertes pour la première fois, autour d’un pulsar (PSR B1257+12), par Aleksander Wolszczan et Dale Frail. Trois ans plus tard, en 1995, la première exoplanète en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil, 51 Pegasi b, est détectée depuis l’Observatoire de Haute-Provence, par Michel Mayor et Didier Queloz, leur valant le Prix Nobel de physique en 2019.C'est aussi la première exoplanète découverte de type Jupiter chaude, une géante gazeuse située à 50 années-lumière de la Terre et faisant le tour de son étoile en 4,2 jours. Située à environ 4,2 années-lumières, Proxima Centauri b est l'exoplanète la plus proche de nous.

Nomenclature
On nomme les exoplanètes en fonction de l’étoile autour de laquelle elles orbitent, suivi d’une lettre minuscule. On commence par la lettre b pour la première planète détectée, c pour la deuxième, etc. Ainsi, TRAPPIST-1b est la première planète identifiée du système de l’étoile TRAPPIST-1, comportant sept exoplanètes. Pas de TRAPPIST-1a, car en astronomie, la lettre a sert désigner l'objet le plus brillant d'un système, en l’occurrence l'étoile. Si plusieurs exoplanètes sont découvertes en même temps, les lettres sont attribuées en fonction de la distance avec l'étoile.

Types d'exoplanètes
On dénombre différents types d’exoplanètes, classées en fonction de leur masse, de leur taille, de leur composition et de leur distance par rapport à leur étoile hôte :
• Les géantes gazeuses : composées essentiellement d’hydrogène et d’hélium, similaires à Jupiter et Saturnes, avec une masse entre 50 et plusieurs milliers de fois celle de notre Terre
• Les Jupiters chaudes : ce sont des géantes gazeuses avec la différence de se situer très proches de leur étoile, encore plus que Mercure l'est du Soleil à l’instar de Jupiter
• Les géantes de glace : planètes massives composées principalement de glace, de roches et de gaz, similaires à Uranus et Neptune, avec une masse comprise entre 10 et 50 fois celle de la Terre
• Les planètes rocheuses ou telluriques : similaires à la Terre, Vénus et Mars, elles possèdent une surface solide, abritant éventuellement de petits océans ou une atmosphère, et sont principalement composées de roches ainsi que de métaux
• Les super-Terres : probablement composées de roches, de métaux et de glace, ce sont des planètes rocheuses entre 1 et 10 fois plus massives que notre Terre, mais moins que les géantes gazeuses
• Les mini-Neptunes : probablement composées d'hydrogène, d'hélium et de glace, ce sont des planètes gazeuses entre 10 et 50 fois plus massives que notre Terre, mais moins que les géantes gazeuses
• Les mondes océaniques : constitués d'un noyau rocheux entièrement recouvert d'un vaste océan liquide de plusieurs centaines de kilomètres de profondeur, voire parfois d’une couche de glace, avec une masse similaire à celle de la Terre ou plus

Détection
Détecter les exoplanètes est complexe, car elles sont très éloignées de la Terre et peu lumineuses comparées à leurs étoiles hôtes, souvent des millions de fois plus brillantes. Ce fort contraste complique la séparation visuelle et rend leur observation directe difficile. De plus, ces planètes ne sont repérables que si leur orbite les fait passer devant leur étoile depuis notre point de vue, ce qui est rare. Les instruments doivent donc capter de faibles variations lumineuses ou détecter l’influence gravitationnelle des planètes sur leurs étoiles pour révéler leur présence. Leur détection se fait donc par des méthodes indirectes :

• La méthode du transit : lorsqu’une planète passe devant son étoile, elle en masque une petite partie, provoquant une baisse infime mais mesurable de luminosité. La fréquence et la durée de ces occultations permettent d’estimer la taille et l’orbite de la planète.
• La méthode de la vitesse radiale : une planète exerce une légère attraction gravitationnelle sur son étoile, provoquant des oscillations de celle-ci. Ces mouvements, détectés par effet Doppler, révèlent la présence d’un objet en orbite, ainsi que sa masse et son orbite.

Il existe aussi des techniques plus avancées :
• l’interférométrie, qui combine la lumière de plusieurs télescopes pour obtenir une image plus nette, permettant de parvenir à une résolution angulaire très élevée en séparant la lumière de l'étoile hôte de la lumière réfléchie par la planète, une méthode particulièrement utile pour détecter les exoplanètes qui sont plus éloignées de leur étoile hôte que celles détectées grâce au transit ou à la vitesse radiale ainsi que pour étudier les propriétés atmosphériques des exoplanètes à travers l’analyse de la lumière réfléchie par leur atmosphère
• la coronographie, qui masque la lumière de l’étoile afin de mieux distinguer les objets faibles autour, une observation directe ne s’appliquant qu’aux planètes les plus grosses et très éloignées de leur étoile.

On a aussi recours à de puissants télescopes terrestres, tel que Kepler, lancé en 2009 par la NASA, ayant permis de découvrir plus de 2 600 planètes, dont certaines de la taille de la Terre et situées dans la zone habitable de leur système, grâce à la méthode du transit. Son successeur, TESS (2018), continue d'explorer le ciel de la même manière. Le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, situé au Chili et composé de quatre télescopes de 8,2 mètres de diamètre chacun, a contribué à la découverte de nombreuses exoplanètes en utilisant la méthode de la vitesse radiale.

Les observations les plus précises proviennent de l’espace, ce qui motive plusieurs missions d’ici 2030 pour enrichir notre catalogue. Parmi elles, PLATO (ESA) ciblera les exoplanètes semblables à la Terre, Ariel étudiera l’atmosphère de 1 000 exoplanètes, et le Nancy Grace Roman Space Telescope (NASA) ambitionne d’en découvrir 100 000. À plus long terme, la mission Habitable Worlds, prévue vers 2040, pourrait révéler des mondes habitables.

Maria