Un premier pas en 1995

Une exoplanète est simplement une planète qui orbite autour d'une étoile autre que le Soleil. La première détection confirmée autour d'une étoile semblable au Soleil remonte à 1995 : 51 Pegasi b, une planète géante gazeuse orbitant si près de son étoile que son année ne dure que quatre jours terrestres — une découverte si inattendue, une géante gazeuse collée à son étoile, qu'elle a d'abord semblé remettre en question les modèles de formation planétaire. Ses découvreurs, Michel Mayor et Didier Queloz, ont reçu le prix Nobel de physique en 2019.

Depuis, le rythme des découvertes s'est considérablement accéléré, porté notamment par des missions spatiales dédiées, au point que les exoplanètes confirmées se comptent aujourd'hui par milliers.

Comment détecter un monde invisible

La grande majorité des exoplanètes ont été découvertes par la méthode des transits : lorsqu'une planète passe devant son étoile, vue depuis la Terre, elle bloque une infime fraction de sa lumière — souvent moins de 1 % — de façon parfaitement périodique. C'est cette méthode qu'a exploitée le télescope spatial Kepler, en surveillant en continu la luminosité de plus de 150 000 étoiles pendant près d'une décennie.

La méthode des vitesses radiales, utilisée pour la toute première détection en 1995, mesure quant à elle le très léger mouvement de va-et-vient d'une étoile, tirée par la gravité de la planète qui l'orbite — un effet minuscule mais mesurable dans le spectre de la lumière stellaire. Plus rarement, l'imagerie directe parvient à photographier une exoplanète elle-même, en bloquant la lumière éblouissante de son étoile : c'est ainsi qu'a été obtenue l'image de HR 8799e, une jeune planète géante encore chaude de sa formation, visible ci-dessus.

La zone habitable

Une part importante de la recherche d'exoplanètes vise à identifier des mondes situés dans la zone habitable de leur étoile — la région où la température permettrait à l'eau d'exister à l'état liquide en surface, ni trop chaude pour s'évaporer, ni trop froide pour geler entièrement. Se trouver dans cette zone ne garantit toutefois rien : Vénus elle-même orbite à la limite interne de la zone habitable du Soleil, et son atmosphère en a fait l'un des endroits les plus infernaux du système solaire.

Le système TRAPPIST-1, une étoile naine rouge à seulement 40 années-lumière, concentre l'attention avec pas moins de sept planètes de taille comparable à la Terre, dont trois ou quatre se situent dans sa zone habitable — un cas unique de système compact et richement peuplé, activement étudié par le télescope James Webb pour tenter de caractériser leurs atmosphères.

Cette vue d'artiste aligne les sept planètes de TRAPPIST-1 par ordre de distance croissante à leur étoile, une naine rouge à peine plus grande que Jupiter mais bien plus massive. Toutes les sept sont de taille comparable à la Terre ou à Vénus, un fait remarquable en soi puisque les exoplanètes de cette taille restent statistiquement plus difficiles à détecter que les géantes gazeuses — le système n'a été repérable que parce que son étoile, minuscule et peu lumineuse, laisse ses planètes bloquer une fraction bien plus importante de sa lumière lors de chaque transit.

Étant si proches d'une étoile aussi faible, ces sept planètes orbitent toutes à des distances bien plus courtes que Mercure autour du Soleil, certaines bouclant leur année en seulement 1,5 jour terrestre. Comme la plupart des naines rouges sont sujettes à de violentes éruptions stellaires, une question centrale des observations en cours par James Webb est de déterminer si ces planètes ont pu conserver une atmosphère face à un tel bombardement de radiations — une réponse encore incertaine à ce jour, mais cruciale pour évaluer leur habitabilité réelle.

Des mondes d'une diversité insoupçonnée

Les exoplanètes découvertes révèlent une diversité qu'aucun modèle n'avait anticipée avant les premières observations. Les Jupiters chauds, des géantes gazeuses orbitant à quelques jours seulement de leur étoile, n'ont aucun équivalent dans notre système solaire. Les super-Terres, plus massives que la Terre mais plus petites que Neptune, constituent la catégorie de taille la plus commune dans la galaxie — alors qu'elle est totalement absente autour du Soleil. Certaines exoplanètes, comme celles orbitant des étoiles à neutrons, survivent dans des environnements de radiations si extrêmes qu'elles semblent défier toute possibilité de vie.

Kepler-452b, surnommée le « cousin de la Terre », orbite dans la zone habitable d'une étoile très semblable au Soleil, à une distance suggérant une taille et une composition potentiellement rocheuses — sans toutefois de confirmation directe, la planète étant bien trop lointaine et petite pour être imagée ou caractérisée en détail avec les instruments actuels.