TRAPPIST-1: A-t-on découvert les premières Terres 2.0?

Qu’ont en commun la bière et les exoplanètes? TRAPPIST. TRAPPIST est le nom d’un projet de recherche d’exoplanètes qui vient tout juste d’annoncer avec grand bruit la découverte d’un système stellaire à trois planètes, chacune ayant la taille de la Terre.

Outre leurs noms, TRAPPIST-1b, 1c et 1d, ces exoplanètes ont de fort sympathique le fait qu’elles sont en orbite autour de leur étoile tout près de la zone dite habitable : une ceinture imaginaire autour de leur soleil où la température est suffisamment clémente pour permettre l’existence de l’eau sous forme liquide à la surface de la planète.

This artist’s impression shows an imagined view from the surface one of the three planets orbiting an ultracool dwarf star just 40 light-years from Earth that were discovered using the TRAPPIST telescope at ESO’s La Silla Observatory. These worlds have sizes and temperatures similar to those of Venus and Earth and are the best targets found so far for the search for life outside the Solar System. They are the first planets ever discovered around such a tiny and dim star. In this view one of the inner planets is seen in transit across the disc of its tiny and dim parent star.

Vue d’artiste de l’étoile naine ultra froide TRAPPIST-1 depuis la surface d’une de ses planètes. (Crédit: ESO)

Les plus blasés objecteront que ce n’est pas la première fois qu’on découvre de telles terres 2.0? Vrai, la dernière décennie a connu la découverte d’une bonne dizaine d’exoplanètes de la taille de la Terre orbitant dans leur zone habitable. Alors, pourquoi tant d’excitation autour de TRAPPIST-1b/c/d? C’est que cet exo système solaire se trouve autour d’une étoile très particulière : une naine rouge dont la taille est 10 fois plus petite que celle de notre Soleil.

Pour comprendre l’importance qu’a ce dernier détail dans la recherche de la vie extra-terrestre à court terme, il faut d’abord expliquer comment les planètes TRAPPIST ont été détectées. TRAPPIST est un projet dirigé par une équipe belge (d’où l’association avec la bière!) qui opère un petit télescope situé dans les Andes au Chili, là où presque toutes les nuits sont dégagées. À l’automne 2015, ce télescope a mesuré en continu (à chaque minute pour un total de 245 heures s’étalant sur 62 jours) la brillance de cette étoile à la recherche de baisses périodiques de son éclat, signature d’une planète qui transite devant et masque la lumière de son étoile. Ce que le leader de l’équipe, Michaël Gillon, a trouvé, ce sont 11 épisodes de transit qui durent chacun une heure et ayant une amplitude de 1% (l’éclat apparent de l’étoile chute de 1%). La chute de luminosité est simplement causée par le disque sombre d’une planète qui, en passant devant son étoile, bloque une partie de la surface de l’étoile. Deux cas de figure produisent une forte chute d’éclat : 1) soit la planète qui transite devant son étoile est grande 2) soit l’étoile qui se fait bloquer est petite. Dans le cas de TRAPPIST-1, on sait que c’est l’étoile qui est très petite (12% du rayon solaire). À titre de comparison, s’il était possible d’observer le transit de notre propre Terre devant le Soleil, ce phénomène ne produirait une chute d’éclat que de 0.01% (100 fois plus petit que TRAPPIST-1), ce qui est très difficilement détectable avec les télescopes actuels. Or, la détectabilité est le nerf de la guerre dans la recherche de vie extra-terrestre.

Entre en jeu le prochain télescope spatial, James Webb, qui sera lancé de la Guyane française en 2018. Une des mesures tout juste à la portée de ce « successeur » du télescope Hubble est la détection d’atmosphères de planètes terrestres par la spectroscopie de transit. Un peu comme l’équipe belge, le télescope James Webb mesurera la baisse d’éclat d’une étoile, à la différence près que ce seront les détails du spectre de l’étoile qui seront mesurés plutôt que simplement l’éclat total. Ainsi, une exoplanète possédant une atmosphère riche en vapeur d’eau comme la Terre, laisserait une signature aux longueurs d’onde où la vapeur d’eau est plus opaques. À ces longueurs d’onde, l’atmosphère d’une planète semble littéralement plus épaisse qu’aux longueurs d’onde où l’atmosphère est transparente. Autrement dit, on cherche à mesurer la taille apparente d’une exoplanète à chaque longueur d’onde de la lumière afin de mesurer l’opacité (donc la composition) de son atmosphère. Inutile de dire que ces variations spectrales sont très subtiles dans le cas d’atmosphères de petites planètes. Par exemple, dans le cas hypothétique de la Terre transitant devant le Soleil, la signature de la vapeur d’eau représente une variation de 1 partie par million (1 ppm, 0.0001%). Mais dans le cas de TRAPPIST-1d (la plus prometteuse), grâce à la très petite taille de son étoile, on parle d’une signature beaucoup plus grande d’à peu près 20 ppm. Or, on estime la sensibilité du futur télescope James Webb à 5 à 20 ppm. TRAPPIST-1d est donc la première planète de taille terrestre orbitant dans la zone habitable autour de son étoile dont la vapeur d’eau laisserait un signal suffisamment fort pour être observé par le télescope spatial James Webb.

TRAPPIST-1 n’est pas la fin de l’histoire. Une autre mission de la NASA, le télescope TESS, mènera une chasse aux exoplanètes dès 2017 et scrutera le ciel entier. Avec un peu de chance, TESS pourrait découvrir un système comme TRAPPIST-1 (planète terrestre et petite étoile) mais à une distance encore plus proche de nous, donc autour d’une étoile plus brillante qui permettrait d’augmenter la sensibilité du télescope James Webb. Dans un tel cas, il n’est pas exclu de pouvoir détecter des molécules comme l’oxygène dans une exo-atmosphère. Comme l’oxygène est un gaz qui ne peut exister à l’équilibre chimique, sa présence trahit la présence de vie. Il n’est pas loin le jour où nous saurons si la vie existe ailleurs que sur Terre.