Illustration des planètes en orbite autour du système Trappist-1. © ESO, M. Kornmesser

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Les exoplanètes autour de Trappist-1 pourraient accueillir la vie

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Un an après la découverte de sept planètes de la taille de la Terre autour de l'étoile Trappist-1, à 39 années-lumière, des chercheurs en publient de nouveaux portraits. Selon eux, certaines seraient plus riches en eau que la Terre. Un pas important dans la connaissance du système de Trappist-1 et de l'habitabilité de ses planètes.

En 2016, le petit télescope Trappist-South, qui recherche des exoplanètes depuis le Chili, découvrait deux planètes blotties autour d'une naine rouge située à 39 années-lumière de la Terre. Les mois suivants, cinq autres planètes furent débusquées avec le télescope spatial Spitzer épaulé d'une armée de télescopes terrestres comme le VLT. Leur annonce a été faite il y a un an et depuis, les études sur ces « sept merveilles » se sont multipliées.

« Nous en savons maintenant plus sur Trappist-1 que sur tout autre système planétaire en dehors de notre propre système » a déclaré Sean Carey, directeur du Spitzer Science Center de Caltech. Lui et d'autres chercheurs viennent de publier dans la revue Astronomy and Astrophysics, une étude approfondie de ces sept mondes à peu près aussi grands que la Terre. En dressant leurs profils, ils présupposent qu'elles sont riches en composés volatils, dont certaines plus que d'autres, en eau.

Bien entendu, les auteurs précisent que ce ne sont encore que des portraits approximatifs, peints à partir d'une nouvelle salve de données. Les astronomes ont scruté Trappist-1 avec le célèbre chasseur d'exoplanètes, le satellite Kepler, et aussi avec Spitzer — 500 heures supplémentaires jusqu'en mars —, et au sol à l'observatoire Paranal (et l'instrument Speculoos). Nous sommes encore loin de voir à quoi elles ressemblent vraiment, et à ce titre, les chercheurs mettent en garde en rappelant que bien que Mars et la Lune aient presque la même densité, leurs surfaces sont toutefois très différentes.

Les sept planètes du système Trappist-1, à la même échelle. Les distances entre elles ne sont pas respectées. © ESO, M. Kornmesser

Des planètes qui sont certainement rocheuses

Avec ces nouvelles mesures, l'équipe a développé des modèles pour chaque planète en tenant compte d'une multitude de facteurs — un problème avec « 35 dimensions » extrêmement difficile, a d'ailleurs indiqué l'auteur principal Simon Grimm, de l'université de Berne —, s'évertuant à inférer la densité de ces sept mondes avec la plus grande précision possible. Mais, prévient Brice-Olivier Demory, également de l'université de Berne : « les densités, bien que des indices importants sur les compositions des planètes ne disent rien sur l'habitabilité. Néanmoins notre étude est un pas en avant important alors que nous continuons à explorer pour savoir si ces planètes pourraient soutenir la vie ».

Les portraits de ces sept planètes se font donc chaque jour un peu plus précis. Rappelons qu'elles sont en orbite autour d'une petite naine rouge (9 % de la masse du Soleil), à des distances inférieures à celle de Mercure autour de notre Soleil et aussi qu'elles sont probablement en rotation synchrone, présentant ainsi toujours les mêmes faces à leur étoile. Trois d'entre elles figurent dans la zone tempérée de leur hôte, mais leur habitabilité dépend évidemment de leurs propriétés physiques, de la présence ou non d'une atmosphère, etc.

Les résultats de leurs modélisations indiquent qu'elles sont toutes vraisemblablement faites de roches et qu'elles peuvent aussi abriter de l'eau. L'une d'elles pourrait même être beaucoup plus riche en eau que la Terre (5 % de sa masse soit 250 fois les océans terrestres).

Les sept planètes du système Trappist-1 avec leur taille et densité relative avec les planètes rocheuses de notre Système solaire. En arrière-plan, en vert, la zone d’habitabilité évaluée selon l’énergie reçue de l’étoile. Trappist-1 d est la mieux placée. Mais c’est peut-être Trappist-1 e qui ressemble le plus à la Terre. © Nasa, JPL-Caltech

À quoi ressemblent les sept planètes autour de Trappist-1 ?

Selon leurs hypothèses, la planète la plus proche de l'étoile, Trappist-1b, aurait un noyau rocheux et serait enveloppée d'une atmosphère plus dense que celle de la Terre. Sa voisine, Trappist-1 c aurait quant à elle une structure interne comparable mais une atmosphère plus fine.

C'est Trappist-1 d qui serait la moins massive de toutes (30 % de la masse de notre planète) mais ce qu'elle abrite est encore indéterminé : une atmosphère épaisse ?, un océan ?, une banquise ? Trappist-1 e est la seule semblant un peu plus dense que la Terre et les chercheurs n'excluent pas qu'elle renferme un noyau ferreux plus dense que le nôtre. « En taille, en densité et en quantité de rayonnement qu'elle reçoit de son étoile, c'est la planète la plus similaire à la Terre », note la Nasa.

Enfin, de par leur éloignement, Trappist-1 f, Trappist-1 g et Trappist-1 h sont soupçonnées être couvertes de glace d'eau. Et dans le cas où elles posséderaient une mince atmosphère, il est peu probable qu'y soient présents des ingrédients lourds comme le dioxyde de carbone, à l'instar de notre Planète bleue.

On notera que de récentes observations avec Hubble des planètes Trappist-1 d, e et f n'ont pas révélé d'hydrogène comme ingrédient dominant de leurs atmosphères, ce qui renforce la probabilité que ce sont des mondes rocheux et non gazeux (comme Neptune par exemple). Ces observations sont un nouvel exploit pour le télescope spatial, capable — bien qu'arrivé à ses limites, explique la Nasa — de sonder l'atmosphère de mondes de taille terrestre.

Les astronomes ont bien sûr hâte que le nouveau télescope spatial James Webb (JWST) entre en service — lancement prévu début 2019 — car à travers son œil pénétrant, ils pourront mieux que jamais caractériser les atmosphères des planètes de Trappist-1 et débusquer des ingrédients chimiques comme le carbone, le méthane, l'oxygène, l'eau... Un grand pas qui permettra de savoir si certaines d'entre elles pourraient abriter des formes de vie. Quand on songe que la majorité des étoiles de notre Galaxie sont des naines rouges et que la plupart ont des planètes, on peut imaginer qu'elle existe ailleurs... Mais la vie est-elle vraiment possible autour de ces étoiles turbulentes ?

  • Des sept planètes découvertes autour de Trappist-1, trois sont dans la zone tempérée de l’étoile.
  • Des modélisations de leur composition et de leur structure interne, en tenant compte des forces de marée qu’elles exercent les unes sur les autres de par leur proximité, indiquent que Trappist-1 d et e seraient les plus hospitalières.
  • Trappist-1 c pourrait avoir des éruptions de magma à sa surface.
Pour en savoir plus

Deux planètes seraient habitables autour de Trappist-1

Article de Xavier Demeersman publié le 30 janvier 2018

L'étoile Trappist-1 et ses sept planètes terrestres sont une des plus belles découvertes de ces dernières années pour la recherche de la vie sur d'autres mondes. Trois d'entre elles se trouvent dans la zone tempérée de la naine rouge mais beaucoup d'astronomes s'interrogent sur leur habitabilité. Récemment, des chercheurs ont estimé que deux d'entre elles pourraient malgré tout arborer des conditions favorables à la vie.

Voilà bientôt un an que le système de Trappist-1 a été découvert. Autour de cette petite étoile de type naine rouge située à 39 années-lumière de notre Système solaire, sept planètes plus ou moins de la même taille que la Terre ont été débusquées. Et parmi elles, trois sont en orbite dans la zone habitable.

Est-ce que cela signifie que ces trois mondes ont de l'eau liquide à leur surface et sont vraiment habitables ? Les astronomes n'en ont aucune preuve mais plusieurs équipes mènent l'enquête à partir des éléments connus. Les plus pessimistes arguent que la grande proximité de ces planètes rocheuses avec leur étoile ne présage rien de bon. En effet, les fortes tempêtes solaires dont les naines rouges sont capables laissent craindre que l'atmosphère de chacun de ces mondes ait été laminée depuis longtemps. Et sans elles, il n'y a pas vraiment d'espoir que la vie ait pu se développer. Alors qu'en est-il vraiment ?

La professeure Amy Barr du Planetary Science Institute (PSI) et les membres de son équipe sont quant à eux plus optimistes. Dans un article à paraître dans Astronomy & Astrophysics, ils suggèrent que deux de ces « sept merveilles » pourraient accueillir de la vie. Mais sous certaines conditions...

Illustration des sept planètes en orbite autour de la naine rouge Trappist-1, de la plus proche à la plus lointaine. Trappist-1 d et e seraient les plus habitables de toutes selon cette étude. © Nasa, R. Hurt, T. Pyle

Lesquelles des sept planètes pourraient abriter de la vie ?

Les chercheurs ont testé plusieurs scénarios via des modélisations de la composition et de la structure interne de ces mondes, soumis au flux et au reflux des orbites des uns et des autres.

« En supposant que les planètes sont composées de glace d'eau, de roche et de fer, nous avons déterminé la quantité de chacune et l'épaisseur que pourraient avoir les différentes couches, explique l'auteure principale. Parce que les masses et les rayons des planètes ne sont pas très bien contraints, nous montrons toute la gamme des structures intérieures et des compositions intérieures possibles. »

Amy Barr indique aussi « parce que Trappist-1 est très vieille et faible, les surfaces des planètes ont des températures relativement froides selon les normes planétaires, allant de 127 °C, ce qui est plus froid que Vénus, à -71 °C, ce qui est plus froid que les pôles terrestres. Les planètes sont également en orbite très proche de l'étoile, avec des périodes orbitales de quelques jours. Alors, parce que leurs orbites sont excentriques — pas tout à fait circulaires —, ces planètes pourraient subir le réchauffement par les forces de marée, à l'instar des lunes de Jupiter et de Saturne [c'est pour cette raison qu'Encelade pourrait conservé un noyau chaud et un océan global sous sa surface gelée, NDLR] ».

Il en ressort que les plus accueillantes seraient Trappist-1 d et Trappist-1 e (Trappist-1 b est la plus proche et h la plus éloignée). En leur faveur : leur température modérée en surface — entre 0 et 15 °C pour d et négative pour e —, un réchauffement par les forces de marée plus faible que pour les autres (il serait tout de même 20 fois supérieur au flux de chaleur de la Terre). Les chercheurs ajoutent qu'il est vraisemblable que Trappist-1 d soit couverte d'un océan.

Pour les autres planètes en revanche, la situation ne serait pas aussi favorable. Selon leurs modélisations, Trappist-1 b et Trappist-1 c pourraient avoir leurs manteaux de roche partiellement fondus en raison des forces de marée plus importantes. Trappist-1 c pourrait même avoir des éruptions de magma à sa surface (à la manière de Io autour de Jupiter), ce qui, espèrent les chercheurs, « pourrait être détectable avec les instruments de la prochaine génération ». On est impatient que le télescope spatial James Webb soit lancé et débute ses observations.


Sept exoplanètes autour de Trappist-1 : la découverte de la vie ailleurs est à notre portée ?

Article de Laurent Sacco, publié le 23 mai 2017

La Nasa vient d'annoncer l'existence autour de la naine rouge Trappist-1 de sept exoplanètes de tailles comparables à la Terre. Leurs masses sont toutefois encore incertaines. Trois d'entre elles seraient potentiellement habitables et comme elles ne sont situées qu'à environ 40 années-lumière du Soleil, la caractérisation des atmosphères qu'elles pourraient posséder devrait être à la portée du futur télescope spatial James Webb. À plus long terme, il serait possible de détecter d'éventuelles biosignatures.

En mai 2016, un groupe d'astronomes faisait sensation en annonçant la détection de trois exoplanètes autour de l'étoile 2MASS J23062928-0502285 située à environ 40 années-lumière du Soleil, dans la constellation du Verseau. La découverte avait été faite avec la méthode des transits planétaire en utilisant Trappist (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), un télescope de seulement 60 cm de diamètre à l'observatoire de La Silla (ESO), au Chili, géré par l'université de Liège, en Belgique. Rebaptisée pour cette raison Trappist-1, l'étoile fait partie des naines rouges dites ultrafroides. Elles sont très peu massives, et de ce fait très peu lumineuses. Toutefois, elles représentent pas moins de 18 % des étoiles proches du Soleil, soit un nombre probable de plusieurs centaines.

L'engouement qu'a suscité la découverte de Trappist-1 b, c et d (les lettres indiquent dans l'ordre de leur éloignement de l'étoile-hôte) peut surprendre de prime abord car ces exoplanètes, bien que de tailles comparables à la Terre, ne sont pas vraiment dans la zone d'habitabilité de leur étoile. De plus, elles sont supposées être en rotation synchrone, ce qui veut dire qu'une moitié de chacune d'entre elles connaît un jour perpétuel, tandis que l'autre reste plongée pour toujours dans l'obscurité. Cela interroge, bien que l'existence de zones tempérées habitables soit malgré tout possible.

En utilisant des télescopes des observatoires de l’ESO au Chili, des astronomes ont découvert en 2016 trois planètes en orbite autour d’une étoile naine très froide à seulement 40 années-lumière de la Terre. Une présentation de cette découverte avait été faite dans cette vidéo qui complète celle annoncée dans la vidéo de 2017 ci-dessous. © ESO

L'étude de leur atmosphère à la portée des instruments

Toutefois, la découverte de ces trois planètes montrait que l'on pouvait s'attendre à un grand nombre d'étoiles ultrafroides avec un cortège d'exoplanètes rocheuses à proximité du Soleil. Comme ces étoiles sont très peu lumineuses et que ces exoplanètes dans la zone d'habitabilité y bouclent des orbites avec des périodes orbitales courtes - ce qui implique de nombreux transits planétaires observables -, elles mettent à la portée des exobiologistes et des instruments en cours de développement, l'analyse de la composition des atmosphères qu'elles pourraient posséder et peut-être même la détection de biosignatures.

Typiquement, la présence combinée d'importantes quantités d'oxygène, d'ozone, de vapeur d'eau et de méthane serait un indice convaincant d'une activité chimique qui ne pourrait être abiotique. Une seule de ces signatures ne prouverait rien toutefois car elle pourrait être due à la chimie de la planète, et non à des organismes vivants.

Or, justement, une équipe internationale impliquant des chercheurs du CNRS, du CEA et de l'UPMC au Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, au Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/UPMC/École polytechnique/ENS) et au laboratoire Astrophysique, instrumentation et modélisation (CNRS/CEA/université Paris Diderot) vient de relancer les spéculations à ce sujet avec un article qui vient de paraître dans Nature.

Une présentation des dernières découvertes autour de Trappist-1. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © NASA Jet Propulsion Laboratory

Sept planètes probablement rocheuses comparables à la Terre

Trappist-1 ne possède pas trois, mais en réalité sept planètes de tailles comparables à la Terre. Parmi les nouvelles venues, trois sont cette fois-ci dans la zone d'habitabilité. Mais comme se pose également le problème de l'influence de la composition d'une atmosphère pour déterminer si des planètes sont vraiment accueillantes pour la vie avec de l'eau liquide quand elles se trouvent dans cette zone, les chercheurs ont conduit des simulations avec plusieurs hypothèses possibles concernant des atmosphères.

Il apparaît que Trappist-1 e, Trappist-1 f et Trappist-1 g pourraient effectivement être habitables pour une large gamme de compositions atmosphériques (elles pourraient être des planètes océans car les premières estimations des masses laissent penser qu'elles sont moins denses que la Terre). Même les trois premières exoplanètes découvertes pourraient posséder des régions habitables en dépit de leur rotation synchrone. La mise en orbite l'année prochaine du télescope spatial James Webb est particulièrement excitante, car il devrait être capable de mettre en évidence ces atmosphères, si elles existent, et surtout d'en déterminer, au moins partiellement, la composition.

Selon les chercheurs, les exoplanètes de Trappist-1 constituent donc les cibles les plus prometteuses à ce jour avec Proxima b pour rechercher des traces de vie au-delà du Système solaire. En attendant, le télescope spatial Hubble nous a déjà fourni quelques indications sur la composition des atmosphères de Trappist-1 b et Trappist-1 c. Il faudrait malheureusement 200 ans à une sonde interstellaire avec voile photonique comme celle du projet Breakthrough Starshot pour atteindre ces mondes.

Futura-Sciences reviendra prochainement sur la signification de la découverte des exoplanètes autour de Trappist-1 dans une interview de l'astrophysicien Franck Selsis, chargé de recherche au CNRS du Laboratoire Astrophysique de Bordeaux et dont les travaux portent sur les exoplanètes, en particulier leurs atmosphères et leur habitabilité.

Sur ce diagramme figurent, à titre comparatif, les tailles des planètes nouvellement découvertes autour de la naine rouge Trappist-1 ainsi que celles des satellites de Jupiter au sein de notre Système solaire. Toutes les planètes détectées autour de Trappist-1 sont de dimensions semblables à celles de la Terre. © ESO, O. Furtak

Les trois exoplanètes de Trappist-1 sont-elles habitables ?

Article de Laurent Sacco, publié le 03/05/2016

Trois exoplanètes de tailles comparables à celles de Vénus et de la Terre ont été découvertes à seulement 40 années-lumière de la Terre. Elles pourraient être habitables... partiellement. Malgré cette incertitude, elles valent la peine que l'on s'y intéresse car elles orbitent autour d'une étoile très peu lumineuse, ce qui devrait permettre d'y chercher des biosignatures dans une décennie tout au plus. C'est pour le moment notre meilleure chance de découvrir de la vie ailleurs.

Yuri Milner et Stephen Hawking ont fait sensation récemment en annonçant le lancement d'un programme de recherche pour la création de la première sonde interstellaire qui pourrait fournir des images rapprochées d'une exoterre autour d'une des étoiles du système d'Alpha du Centaure avant 2060. Mais le coût d'une telle mission pourrait être de l'ordre de plusieurs centaines de milliards de dollars au minimum. L'évolution de l'économie mondiale ne semble laisser aucune chance à la réalisation de ce projet.

On aimerait que ce genre de sonde donne une preuve de l'existence d'une vie extraterrestre dans la banlieue proche du Soleil en y découvrant des biosignatures (par exemple en découvrant la présence combinée d'importantes quantités d'oxygène, d'ozone, de vapeur d'eau et de méthane). Ce genre de signal est difficile à obtenir mais il y a quelque espoir d'y parvenir avec plusieurs télescopes géants actuellement en cours de construction, comme l'E-ELT de l'ESO et le télescope spatial James Webb qui devrait être lancé en octobre 2018.

Des étoiles dont la lumière éclipse moins les exoplanètes

Tout comme l'obtention d'une image directe d'un exoplanète, la détection de biosignatures est rendue difficile par le fait que la lumière de l'étoile hôte domine très largement celle d'une exoplanète, à moins qu'elle soit une géante gazeuse froide loin de son soleil. Mais dans ce cas, l'environnement y est tel que l'espoir serait faible pour des exobiologistes.

Les étoiles ultrafroides, en revanche, semblent prometteuses. Ce sont des naines rouges très peu massives, et de ce fait très peu lumineuses. De plus, elles sont nombreuses. Elles représentent environ 18 % des étoiles proches du Soleil, soit un nombre probable de plusieurs centaines. Leur luminosité étant très faible, de l'eau liquide ne peut exister que sur des exoplanètes très proches d'elles. De sorte que leurs périodes orbitales devraient être courtes, ce qui permet de les détecter facilement par la méthode des transits planétaires. Enfin, comme ces étoiles sont bien moins lumineuses que le Soleil, il est en théorie plus facile d'analyser la composition des atmosphères des exoterres lors d'un transit.

Cette carte montre les étoiles visibles à l’œil nu dans un ciel bien pur dans la très étendue constellation du Verseau. Le cercle rouge indique la position de la faible et très rouge étoile naine extrêmement froide Trappist-1. Bien qu’elle soit proche du Soleil (40 années-lumière), elle est très peu lumineuse et n’est pas visible avec de petits télescopes. © ESO, IAU, Sky & Telescope

Trappist 1, la naine rouge ultrafroide

Mais existe-t-il des exoplanètes autour de ces naines ultrafroides ? Celles qui sont habitables sont-elles rares ? Une équipe internationale menée par des astronomes belges commence à donner des réponses enthousiasmantes, comme le montre un article publié dans le journal Nature.

L'observation n'a pas été réalisée avec un télescope géant ou spatial, mais avec un très modeste instrument de seulement 60 cm de diamètre. Il a au-dessus de lui, il est vrai, un très beau ciel : celui de l'observatoire de l'ESO de La Silla, au Chili. Baptisé Trappist (pour TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), ce télescope est géré par l'université de Liège, en Belgique.

Michaël Gillon, de l'institut d'Astrophysique et Géophysique de cette université, et ses collègues, l'ont utilisé pour observer attentivement l'étoile 2MASS J23062928-0502285 située à environ 40 années-lumière du Soleil dans la constellation du Verseau. Elle est minuscule, sa taille la situant à la limite entre les étoiles et les naines brunes, des astres trop petits pour allumer des réactions de fusion thermonucléaires, sauf, très temporairement et pour les plus lourdes, avec le deutérium.

Comparaison de la taille du Soleil avec celle de la naine rouge Trappist-1. Son diamètre vaut 11 % de celui de notre étoile et sa couleur rouge indique une température bien plus faible. © ESO

Une détection de biosignatures avant 2030 ?

En unités basées sur les caractéristiques du Soleil, la naine rouge, rebaptisée Trappist-1 et trop peu brillante pour être observée avec un télescope d'amateur, a la carte d'identité suivante :

  • Masse : 0,08 M☉
  • Rayon : 0,12 R☉
  • Température : 2.550 K
  • Luminosité : 0,0005 L☉

Modeste, Trappist-1 est cependant exceptionnelle. Trois exoplanètes, en effet, ont été découvertes autour d'elle, avec des tailles et des températures semblables à celles de Vénus et de la Terre. Trappist-1 b et Trappist-1 c ont, respectivement, une période orbitale d'environ 1,5 et 2,4 jours. La troisième planète, Trappist-1 d, est moins bien précisée. Sa période orbitale se situerait entre 4,5 et 73 jours. Les deux premières sont probablement inhospitalières car vraiment trop chaudes. Elles reçoivent, respectivement, quatre fois et deux fois la quantité de lumière reçue par la Terre. Elles ne se trouvent donc pas dans la zone d'habitabilité mais n'en sont pas si loin, de sorte qu'il n'est pas totalement exclu que certaines régions soient vivables. Si près de leur étoile, en effet, leur rotation doit être verrouillée par les forces de marée, s'effectuant en même temps que leur révolution. Si c'est bien le cas, alors, comme la Lune pour la Terre, elles présentent toujours la même face à leur soleil. Une moitié de la planète vit un jour perpétuel tandis que l'autre reste éternellement dans l'obscurité.

Le cas de Trappist-1 d reste en suspens mais il n'est pas déraisonnable de déduire de cette observation que des exoplanètes potentiellement habitables existent autour d'étoiles naines très froides. Elles ne devraient pas être rares pour que l'une d'elles soit découverte aussi près du Soleil. De fait, ce système planétaire se présente comme celui où il est le plus facile à ce jour de trouver des biosignatures et ce d'ici probablement une dizaine d'années avec la nouvelle génération de télescopes qui s'apprêtent à voir leurs premières lumières.

De toute façon, la chasse aux naines ultrafroides avec cortège d'exoplanètes ne fait que commencer car Trappist est le prototype de Speculoos, quatre télescopes robotisés qui chercheront des planètes habitables autour de 500 de ces étoiles au cours des cinq prochaines années.

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Bienvenue dans le système planétaire de Trappist-1  Nous voici près de Trappist-1 h, la plus éloignée des sept planètes de tailles terrestres qui gravitent autour de Trappist-1. Son petit soleil rougeoyant est à moins de 10 millions de kilomètres, soit un sixième de la distance entre Mercure et le Soleil. Depuis ce monde qui, selon la composition de son atmosphère peut être couvert d’eau liquide ou de glace, on peut voir ses six sœurs transiter devant leur étoile.