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26-07-2019

Jusqu’à la découverte officielle de la première exoplanètes en 1995, la traque de ces mondes lointains était un sujet marginal, voire tabou. Un désintérêt qui paraît très surprenant, avec le recul.

En montant sur l’estrade le 6 octobre 1995 à Florence, Michel Mayor ne mesure pas encore l’onde de choc que va provoquer son annonce. Cet astrophysicien de l’Université de Genève vient de découvrir la première planète qui gravite autour d’une étoile active autre que le Soleil − baptisée 51 Pegasi b. La nouvelle se propage rapidement et bouleverse en très peu de temps le paysage de l’astrophysique. La traque est lancée : les universités et les agences spatiales du monde entier commencent à investir des sommes considérables pour inscrire des exoplanètes à leur tableau de chasse. Presque 25 ans plus tard, on en compte environ 4000 et le nombre augmente significativement tous les mois.

Pourtant, la recherche de planètes extrasolaires s’est longtemps déroulée en marge de l’astronomie, voire dans un climat de mépris. Avant 1995, seules trois équipes cherchaient à mettre au jour les compagnons des étoiles lointaines, contre des centaines aujourd’hui !

Marquée par une série d’annonces avortées, la traque des exoplanètes a souffert d’un manque de crédibilité. «Il faut quand même se rappeler que de fausses découvertes d’exoplanètes ont contribué à refroidir la communauté scientifique dans les années 1970 », souligne Danielle Briot, astronome à l’Observatoire de Paris, passionnée par l’histoire de sa discipline.

Le ratage le plus spectaculaire est sans conteste celui de Peter Van de Kamp. Cet astronome hollandais a publié avec fracas en 1969 le relevé de deux planètes autour de notre voisine, l’étoile de Barnard. Mais l’emballement autour de cette annonce a eu un effet désastreux, à peine quatre ans après. Une équipe d’astronomes chevronnés montre alors du doigt que le signal correspond en fait aux périodes de nettoyage de la lentille du télescope utilisé par Peter Van de Kamp. Les premières planètes ne sont que de vulgaires illusions optiques causées par le passage d’un chiffon ! La chute est dure et hantera longtemps les astrophysiciens chasseurs de planètes.

Illustration: Dushan Milic

Une théorie catastrophique

En date du 4 juillet 2019, ce tableau indique le nombre de planètes connues au-delà de notre système solaire, classées par types. Leur découverte a été validée par de multiples observations. Source: NASA

Michaël Gillon est bien conscient que sa discipline revient de loin. Pendant longtemps, l’idée même de l’existence de planètes extrasolaires paraissait incon- cevable. « Au début du 20e siècle, nous pensions que le système solaire était le résultat d’une catastrophe improbable », nous mentionnait ce chercheur de l’Institut d’astrophysique et de géophysique de l’Université de Liège, en Belgique, au cours d’un passage à Montréal l’hiver dernier. Une des théories très répandues à l’époque était celle d’un accident spatial, imaginé en 1905 par le géologue américain Thomas C. Chamberlin. Selon lui, une étoile avait arraché de la matière au Soleil en passant près de lui. Les débris se seraient alors agrégés pour former la Terre et les corps célestes qui nous entourent. «Ce genre de collision entre étoiles est tellement rare qu’il semblait illusoire de trouver des exoplanètes », indique avec un brin d’ironie Michaël Gillon, qui a plus de 100 planètes extrasolaires révélées à son actif.

Au milieu du siècle dernier, le modèle d’un nuage de gaz primordial, qui engendre une étoile et des planètes, finit toutefois par reprendre ses droits. Cette idée ancienne, formulée par le philosophe Emmanuel Kant, explique mieux la vitesse de rotation du Soleil ou la présence de corps rocheux notamment. Avec ce retour en grâce d’une vieille notion, l’existence d’autres planètes à travers la galaxie redevient possible.

Mais l’idée semble invérifiable. Détecter de telles planètes demande des capacités techniques de pointe, classées « hors de portée » par la communauté scientifique du moment. Dans la lumière éclatante d’une étoile, ces objets, minuscules par comparaison, sont indétectables, même avec les télescopes les plus puissants. Certains sont toutefois persuadés qu’on peut « deviner » leur présence indirectement. Pour échapper au scepticisme des collègues, ces chercheurs audacieux réservent leurs hypothèses aux revues grand public. C’est dans cette atmosphère que le Marseillais David Belorizky osera évoquer pour la première fois, en 1938, une méthode pour traquer des exoplanètes. Dans le magazine L’astronomie, il soutient qu’il doit être possible de déceler la baisse de luminosité d’une étoile, même lointaine, si des objets en orbite passent régulièrement devant elle. Cette proposition avant-gardiste restera seulement connue des amateurs de la Société d’astronomie française, abonnés à la revue. « Pourtant, David Belorizky avait vu juste ! » exulte Danielle Briot, qui adore exhumer la mémoire des pionniers délaissés. C’est d’ailleurs cette méthode (dite des transits), réhabilitée depuis, qui a permis de repérer plus de 75 % des exoplanètes connues.

C’est toutefois une autre technique (dite des vitesses radiales) qui sera à l’origine de la découverte de Michel Mayor en 1995. Chose surprenante, elle aussi avait été théorisée bien avant, soit 40 ans plus tôt, par Otto Struve, un scientifique russe immigré aux États-Unis, indique Danielle Briot. « La méfiance à l’égard de la disci- pline n’a épargné personne, pas même les chercheurs bien établis », affirme-t-elle. En 1952, Otto Struve publie un article qui propose de mesurer le léger mouvement des étoiles provoqué par la rotation de leurs planètes. L’article passe inaperçu et aucune équipe n’essaie de construire le dispositif suggéré par le chercheur russe. Il faudra attendre les années 1980 et un progrès technique venu du Canada pour rallumer la mèche dans l’esprit des astronomes.

Le Canada parmi les pionniers

L’Université de Victoria, en Colombie-Britannique, vient alors de mettre au point un équipement pour numériser et analyser la lumière des étoiles. L’un de ses professeurs d’astrophysique, Gordon Walker, est emballé par cette innovation. « Tout à coup, j’ai pris conscience que c’était possible de mesurer les toutes petites déviations des étoiles causées par leurs planètes », se souvient-il.

Malheureusement il n’obtient que quelques nuits d’observation au fil des ans sur un télescope à Hawaii pour tester le nouveau matériel. «C’était tellement difficile de convaincre nos collègues ! La plupart considérait que la recherche des exoplanètes était une distraction et ne faisait pas partie de l’astronomie professionnelle », regrette Gordon Walker.

Son équipe ne renonce pas pour autant, même s’il faut rester éveillé pendant les nuits d’observation. La précision exigée pour détecter les planètes est tellement grande qu’il faut en outre faire passer la lumière des étoiles dans des cellules spéciales contenant du gaz afin de ne pas se laisser berner par les petites variations terrestres des instruments de mesure. « C’était très délicat, car nous utilisions du fluorure d’hydrogène, un gaz mortel qu’il fallait manipuler à la main », précise le professeur de Victoria.

La méfiance à l'égard de la discipline n'a pas épargné personne, pas même les chercheurs bien établis.

Danielle Briot, astronome à l'Observatoire de Paris

Après plus de 10 ans d’observation, la liste des étoiles candidates se restreint, car aucun signal clair n’est enregistré. En 1987, le Canadien fait une première annonce autour de Gamma Cephei, une étoile visible dans le ciel à 45 années-lumière de la Terre. Finalement, il se rétracte rapidement dans Nature, car un collègue lui serine que le signal n’est qu’une perturbation interne de l’étoile. Malgré tout, le domaine qui compte une poignée de chercheurs spécialisés commence à frémir.

Les alertes se poursuivent, mais aucune n’est assez décisive pour lancer la discipline. Pire, elles jettent carrément un doute sur l’existence d’autres planètes semblables à celles qui nous entourent. En 1989, l’Américain Dave Latham proclame la découverte d’un objet étrange, probablement une naine brune, qui par définition n’est ni une planète ni une étoile. La révélation suivante est encore plus énigmatique, car elle remet en cause de nombreuses théories. Deux chercheurs, dont le Canadien Dale Frail, dévoilent en 1992 la bagatelle de deux compagnons rocheux orbitant autour d’un pulsar, le résidu de l’explosion d’une étoile. Paradoxalement, cette prouesse est à peine relevée par la communauté scientifique.

Avec le recul, le très secret Dale Frail nous livre une première explication en exclusivité. « Nous n’avons pas diffusé largement notre découverte. Je venais d’entamer ma carrière et je ne voulais pas être catalogué comme l’homme qui avait gagné à la loterie ! » Gordon Walker, qui était à ce moment aux premières loges, livre l’autre partie du récit : « Tout le monde souhaitait la découverte de l’équivalent du système solaire, pas celle de planètes autour d’une étoile morte qui a explosé. J’ai toujours trouvé cela ridicule, mais en fait, l’humain cherche uniquement ce qui lui ressemble. Ce biais dans notre approche a longtemps freiné la discipline. »

Ce n’est pas le cas de Michel Mayor, qui s’écarte volontiers des ornières pour laisser son équipe explorer des zones improbables. Grâce à une technique mise au point par l’opticien français André Baranne, les Européens observent le voisinage très proche de 51 Pegasi pour y localiser une géante gazeuse qui en fait le tour en seulement 4,2 jours. « Cette découverte a tout bouleversé, à commencer par ma carrière ! » explique René Doyon, un astronome québécois renommé. Avant 1995, son sujet principal de recherche était des objets très lointains, au-delà de la Voie lactée. « Après la découverte de Michel Mayor, nous nous sommes mis à utiliser notre expertise en matière d’imagerie pour trouver des planètes beaucoup plus proches de nous », commente celui qui dirige l’Institut de recherche sur les exoplanètes de l’Université de Montréal.

En visitant ses locaux, il est facile de mesurer ce bouleversement. Les moyens sont là désormais, et la traque s’est prodigieusement développée. Une photo d’exoplanètes a même été réalisée pour la première fois par l’équipe montréalaise de René Doyon en 2008. Des milliards de dollars sont injectés pour construire des instruments comme les télescopes Kepler ou TESS, envoyés dans l’espace pour capter de nouvelles candidates.

Une dernière ombre gâche tout de même ce beau tableau : les pionniers des exoplanètes n’ont toujours pas reçu le prix Nobel. « Trouver des systèmes planétaires n’est peut-être pas quelque chose qui relève de la physique fondamentale, spécule René Doyon. Je trouve cela tellement dommage, car c’est un chemin essentiel pour la quête de la vie extraterrestre ! »

Illustration en couverture: Dushan Milic

Mise à jour octobre 2019: Michel Mayor et son collègue Didier Queloz, astrophysicien suisse également, ont été récompensés par le Prix Nobel de physique 2019 pour la découverte de l’exoplanète 51 Pegasi b. Ils partagent le prix avec le cosmologiste canado-américain James Peebles pour des découvertes théoriques en cosmologie physique.

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