Exoplanetes Gliese 581 D

En 2007, un groupe d’astronomes utilisant le spectromètre Harps équipant un des télescopes de 3,6 mètre de l’Eso au Chili annonçait la découverte d’exoterres massives, alias super-terres, autour de l’étoile Gliese 581. Michel Mayor et Didier Queloz, les célèbres découvreurs d’exoplanètes annoncent avec leur collègue qu’une exoterre de seulement 1,9 fois la masse de la Terre est en orbite autour de Gliese 581.

La découverte d’exoplanètes a longtemps défié la sagacité des astronomes. Les problèmes n’étaient pas seulement d’ordre technologique mais aussi d’ordre théorique. D’après les modèles de formation des systèmes planétaires, seules des planètes géantes orbitant en 10 à 20 ans autour d’une étoile devaient pouvoir être détectées les premières sur Terre par la méthode des vitesses radiales.

En effet, lorsqu’une planète tourne autour d’une étoile, elle l’attire elle aussi de sorte que l’étoile elle-même tourne autour du centre de masse de son système planétaire. Ce mouvement se traduit par une oscillation de la position et de la vitesse radiale de l’étoile par rapport à un observateur terrestre et donc par un décalage spectral de la lumière émise par l’étoile alternativement vers le bleu et vers le rouge. Il s’agit d’un banal effet Doppler-Fizeau qui est d’autant plus important qu’une planète est massive et proche de son soleil.

Dans le cas idéal, où l’orbite est circulaire, la mesure de la vitesse radiale de l’étoile donne une courbe décrite par une sinusoïde parfaite dont la période est celle de la période de l’orbite de la planète. S’il existe plusieurs planètes ou que les orbites sont excentrées, la courbe des vitesses radiales est plus compliquée mais l’on peut en faire l’analyse. Toujours est-il que les astronomes s’attendaient à trouver en premiers de planètes géantes comme Jupiter ou Saturne, ce qui nécessitait d’observer des variations de vitesse radiale sur plusieurs dizaines d’années.

La surprise fut donc grande quand Mayor et Queloz détectèrent en 1995 des oscillations de vitesse radiale de l’étoile 51 Pégase dont la période n’était que de quelques jours. Il fallut se rendre à l’évidence, des Jupiter chauds parfois bien plus massifs que les géantes de notre système solaire existaient à des distances incroyablement faibles de leur étoile hôte. Les astronomes avaient donc cherché aux mauvais endroits.

La détection de planètes telluriques de type terrestre est elle bien plus délicate car elles provoquent des oscillations bien plus faibles des vitesses radiales des étoiles. Celles que l’on pouvait détecter les premières devaient donc être en orbite autour de naines rouges de masses plus faibles que le Soleil et tourner à des distances elles aussi plus faibles que celles qui séparent du Soleil la Terre ou Mars. De fait, des « super exoterres » (exoplanètes telluriques d’une masse plusieurs fois supérieure à celle de la Terre) furent effectivement découvertes autour d’une étoile de type M située à 20,5 années-lumière en direction de la constellation de la Balance en 2007. Il s’agissait de Gliese 581.

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