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Science

Sur les pistes d'une vie extraterrestre

Par Marine Corniou - 16/11/2012
Rien que dans notre galaxie, il y aurait autant de planètes que d’étoiles, soit plus de 200 milliards! Parmi ces « exoplanètes », certaines abritent peut-être la vie. Les astronomes cherchent à en apprendre le plus possible sur ces Terres lointaines, pour tenter de comprendre nos propres origines. Mais aussi pour répondre à cette question vieille comme l’humanité : sommes-nous seuls dans l’univers?

Existe-il dans l'Univers d’autres planètes que la Terre propices à la vie ? Les astrophysiciens du monde entier se mobilisent autour de cette quête : découvrir une planète « habitable », où la température, l’atmosphère et la géologie seraient clémentes. Après avoir observé la première planète hors de notre système solaire en 1995, les scientifiques en repèrent aujourd’hui plus d’une centaine par année : on en connaît plus de 770, et le télescope Kepler, lancé en 2009 en orbite autour du Soleil, a permis d’identifier récemment un millier de nouvelles exoplanètes potentielles. Autant dire que cette quête d’autres « Terres », situées hors de notre système solaire, n’est pas près de s’essouffler…

Depuis leurs bureaux vétustes de l’université de Montréal (UdeM), les chercheurs du groupe d’astronomie et d'astrophysique ont réussi à se tailler une solide réputation dans l’étude de ces lointains systèmes solaires. Fin 2008, ils ont été les premiers au monde à « voir » une exoplanète. « On sait repérer indirectement ces planètes depuis plus de 15 ans, mais notre équipe a réussi à photographier directement 3 planètes géantes, de type Jupiter, autour de l'étoile HR 8799, qui se trouve à 130 années-lumière de la Terre », explique David Lafrenière, du département de physique de l’UdeM.

Depuis, un seul autre système a pu être ainsi visualisé par une équipe européenne, autour de l’étoile Bêta Pictoris. Pour mieux comprendre l’exploit des chercheurs québécois, alors publié dans la revue Science, il faut savoir que les techniques habituellement utilisées pour détecter les planètes extrasolaires ne permettent que de déduire leur existence. La plus utilisée d’entre elles, la mesure de la vitesse radiale, consiste à repérer les perturbations du mouvement de l’étoile dues à la présence d’une planète à proximité. « Contrairement à ce qu’on croit souvent, les étoiles ne sont pas tout à fait immobiles, précise David Lafrenière.

"Voir" une exoplanète

Tout comme l’étoile exerce une force d’attraction sur la planète qui gravite autour d’elle, cette dernière produit une force sur l’étoile, qui lui fait faire un petit mouvement de va-et-vient que l’on peut déceler ». Mais pour voir et photographier la planète en question, c’est une autre paire de manches! D’abord, les planètes sont très petites par rapport à leur étoile, et il faut une très bonne résolution d’image pour pouvoir distinguer au télescope deux objets si éloignés de nous mais si proches l’un de l’autre. « Ensuite, les planètes sont de 1 million à 10 milliards de fois moins brillantes que les étoiles », poursuit le chercheur. La lumière de l’astre a donc tendance à « s’étaler » sur l’image captée par la caméra du télescope et à masquer les planètes alentour.

C’est pendant sa thèse de doctorat, avec les chercheurs René Doyon et Christian Marois, que David Lafrenière a trouvé la parade. Le trio a développé une méthode d’observation et de traitement d’image sophistiquée, appelée imagerie angulaire différentielle, qui a permis en quelque sorte d’effacer la lumière de l’étoile, pour voir apparaître celle des planètes.

« Nous avons superposé une série de photos de l’étoile prises par les télescopes Gemini Nord et Keck, situés à Hawaii, puis nous les avons « soustraites » les unes des autres pour supprimer le signal éblouissant de l’astre et conserver la lumière des planètes », précise David Lafrenière.

Une idée simple mais brillante, qui leur a même permis de découvrir récemment une quatrième planète autour de HR 8799, qui avait échappé aux premières analyses.
La prochaine étape pour l’équipe ? Aller encore plus loin dans l’imagerie d’exoplanètes, grâce à l’entrée en fonction, dès 2013, d’un nouvel instrument sur le télescope Gemini Sud, auquel les astronomes auront accès. « Le GPI, pour Gemini Planet Imager, est doté, entre autres d’un système d’optique adaptative dit ‘extrême’, qui permet d’éliminer presque toute la turbulence atmosphérique qui brouille habituellement les images, ainsi que d’un système appelé coronographe, inséré dans la caméra, qui élimine environ 99 % de la lumière de l'étoile » précise David Lafrenière. Résultat : en combinant cet outil et leur technique d’analyse d’images, les astronomes s’attendent à découvrir des planètes jusqu’à 10 millions de fois moins brillantes que leur étoile (contre 100 000 fois actuellement). Au total, une cinquantaine d’entre elles pourraient ainsi émerger des cieux.

Reste que seules des planètes géantes gazeuses pourront être ainsi aperçues. « Nous ne pouvons voir que des planètes jeunes, qui émettent encore leur propre lumière, contrairement à la Terre », explique le chercheur.

À la recherche d'autres Terres

Mettre le doigt (ou plutôt l’œil) sur des planètes habitables, c’est-à-dire vieilles, rocheuses et froides, est un exercice plus complexe. Mais là encore, l’équipe a des ressources! Elle participe à un nouveau projet dont le but est justement de déceler de telles planètes (dites telluriques), de façon indirecte cette fois, en repérant le fameux va-et-vient de l’étoile. « Le nouvel instrument que nous allons exploiter est un spectrographe infrarouge, appelé SPIROU, qui sera utilisé à partir de 2016 sur le télescope Canada-France-Hawaii », résume David Lafrenière.

L’intérêt? En fonctionnant dans l’infrarouge plutôt que dans le visible, cet outil permettra d’étudier des étoiles de faible masse, plus petites et plus froides que notre Soleil.  La zone où se situent les planètes potentiellement « habitables » (c’est-à-dire la zone où la température permet à l’eau d’être liquide) est relativement proche de ces étoiles. « Les planètes de la zone habitable seront donc plus faciles à repérer car elles font le tour de leur étoile rapidement, en une semaine à un mois au lieu d’un an, ce qui nous permet d’attendre moins longtemps pour détecter le va-et-vient qu’elles font faire à leur étoile », explique Étienne Artigau, dans un bureau voisin de celui de M. Lafrenière. Ces étoiles de faible masse, qui se font davantage « ballotter » par leurs planètes, sont aussi les plus abondantes dans l’univers, ce qui décuple les chances d’en trouver une qui abriterait la vie. « Selon nos estimations statistiques, SPIROU devrait nous permettre de découvrir environ 250 nouvelles planètes de type terrestre en 5 ans, dont plusieurs dizaines habitables » explique le jeune chercheur.

Parmi celles-ci, environ une sur trente sera dans l’axe de visée du télescope. « On aura alors la chance de les voir passer devant leur étoile et de pouvoir déterminer la composition de leur atmosphère », se réjouit-il. Cette analyse se fera notamment à l’aide du spectrographe NIRISS, développé par René Doyon, à l’UdeM, qui sera installé à bord du futur télescope James Webb, dont le lancement est prévu pour 2018. En effet, en traversant l’atmosphère, la lumière émise par l’étoile est modifiée par les différents éléments chimiques qu’elle rencontre. En décomposant cette lumière (ou le rayonnement infrarouge) par spectroscopie, on peut par exemple savoir si l’atmosphère en question contient de l’eau, du dioxyde de carbone ou du méthane.

Composition interne

Car pour trouver ceux qui sont propices à la vie, il est essentiel d’en apprendre plus sur la composition chimique de ces mondes lointains…Une mission qui intéresse également Patrick Dufour, lui aussi chercheur et professeur au département de physique de l’UdeM. « Idéalement, pour en savoir plus sur la composition interne d’une planète, il faudrait pouvoir la réduire en poudre et faire des analyses », explique-t-il, amusé. Or, il existe des étoiles qui ont justement le pouvoir de « broyer » les planètes : ce sont les naines blanches, des étoiles mortes dont le cœur ne produit plus de réactions thermonucléaires.

Très denses et compactes, ces étoiles exercent des forces de marée considérables sur les objets qui passent près d’elles…De quoi les pulvériser littéralement! « La poudre de planète forme alors un disque d’accrétion autour de l’étoile, un peu comme les anneaux de Saturne, et on peut analyser ces débris par spectroscopie », précise Patrick Dufour. Il développe justement des modèles d’analyse des naines blanches qu’il applique aux observations des télescopes Keck et Hubble. « Depuis 2007, cette nouvelle technique d’analyse a permis d’étudier une douzaine d’étoiles, et de voir que les débris de planète ont une composition assez proche de celle de la Terre, ajoute-t-il. On a pu déceler une quinzaine de composants, dont de l’oxygène, du sodium, de l’aluminium, du calcium, du chrome… ».

En observer le plus possible

De quoi relancer l’imagination des auteurs de science-fiction, et nous en apprendre davantage sur les origines de notre planète bleue, probablement loin d’être unique. « Cela peut paraître un peu redondant de chercher toujours plus d’exoplanètes, mais il faut en connaître un grand nombre pour pouvoir étudier de façon statistique les propriétés des systèmes et leur évolution dans le temps », estime David Lafrenière. Pour assouvir sa curiosité, le chercheur veut même aller plus loin, et être le premier à détecter…des exolunes! « Si une lune se trouve autour d’une planète, elle va la forcer à faire un petit va-et-vient détectable, tout comme les planètes font faire un mouvement à leur étoile » affirme-t-il. Sauf que, pour voir un si petit mouvement, il faut des outils très puissants… Comme celui mis au point par Olivier Daigle en 2009, pendant sa thèse.

Cet ancien étudiant au doctorat de l’UdeM, qui dirige maintenant la compagnie d’optique Nüvü Caméras à Montréal, a mis au point la caméra astronomique la plus puissante du monde, qui permet d’améliorer la sensibilité d’une image d’un facteur 10, voire 50, sans modifier la taille du miroir du télescope! « Si le mouvement d’une planète est perturbé par la présence d’une lune, le temps qu’elle mettra à faire le tour de son étoile va varier légèrement, explique-t-il. Elle mettra par exemple 3 heures pour faire un tour d’orbite, et 2h59 pour faire le tour suivant ». Un petit décalage temporel que les chercheurs espèrent pouvoir repérer grâce à la caméra d’Olivier Daigle, qui sera installée au Mont-Mégantic et sera dotée pour l’occasion d’un chronomètre ultra précis. « Les mesures devraient commencer à l’été 2013 et se feront à la microseconde près », explique Olivier Daigle. Les années qui viennent seront donc bien chargées pour ces astronomes québécois, qui prouveront probablement, une fois de plus, que la passion et le génie sont plus importants que les gros moyens pour faire de grandes découvertes.

 

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