Dans la chasse aux planètes extra-solaires, les astronomes et les passionnés peuvent être pardonnés d'être un peu optimistes. Au cours de la découverte de milliers de planètes rocheuses, de géantes gazeuses et d'autres corps célestes, est-ce trop d'espérer que nous pourrions un jour trouver un véritable analogue de la Terre? Pas seulement une planète "semblable à la Terre" (ce qui implique un corps rocheux de taille comparable) mais une véritable Terre 2.0?
Cela a certainement été l'un des objectifs des chasseurs d'exoplanètes, qui recherchent dans les systèmes stellaires proches des planètes non seulement rocheuses, mais qui orbitent dans la zone habitable de leur étoile, montrent des signes d'atmosphère et ont de l'eau à leur surface. Mais selon une nouvelle étude d'Alexey G. Butkevich - un astrophysicien de l'observatoire Pulkovo de Saint-Pétersbourg, en Russie - nos tentatives de découvrir la Terre 2.0 pourraient être entravées par la Terre elle-même!
L’étude de Butkevich, intitulée «Détectabilité astrométrique des exoplanètes et mouvement orbital de la Terre», a récemment été publiée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. Pour les besoins de son étude, le Dr Butkevich a examiné comment les changements de la position orbitale de la Terre pouvaient rendre plus difficile la mesure du mouvement d’une étoile autour du barycentre de son système.
Cette méthode de détection d'exoplanètes, où le mouvement d'une étoile autour du centre de masse du système stellaire (barycentre), est connue sous le nom de méthode astrométrique. Essentiellement, les astronomes tentent de déterminer si la présence de champs gravitationnels autour d'une étoile (c'est-à-dire des planètes) fait osciller l'étoile d'avant en arrière. Cela est certainement vrai du système solaire, où notre Soleil est tiré d'avant en arrière autour d'un centre commun par l'attraction de toutes ses planètes.
Dans le passé, cette technique a été utilisée pour identifier les étoiles binaires avec un haut degré de précision. Au cours des dernières décennies, il a été considéré comme une méthode viable pour la chasse aux exoplanètes. Ce n'est pas une tâche facile car les oscillations sont assez difficiles à détecter aux distances impliquées. Et jusqu'à récemment, le niveau de précision requis pour détecter ces changements était à la limite de la sensibilité de l'instrument.
Cela change rapidement, grâce à des instruments améliorés qui permettent une précision jusqu'à la microarcseconde. Un bon exemple de cela est le vaisseau spatial Gaia de l'ESA, qui a été déployé en 2013 pour cataloguer et mesurer les mouvements relatifs de milliards d'étoiles dans notre galaxie. Étant donné qu'elle peut effectuer des mesures à 10 microarcsecondes, on pense que cette mission pourrait effectuer des mesures astrométriques dans le but de trouver des exoplanètes.
Mais comme Butkevich l'a expliqué, il existe d'autres problèmes en ce qui concerne cette méthode. "Le modèle astrométrique standard est basé sur l'hypothèse que les étoiles se déplacent uniformément par rapport au barycentre du système solaire", déclare-t-il. Mais comme il l'explique, lors de l'examen des effets du mouvement orbital de la Terre sur la détection astrométrique, il existe une corrélation entre l'orbite terrestre et la position d'une étoile par rapport à son système barycentrique.
En d'autres termes, le Dr Butkevich a examiné si le mouvement de notre planète autour du Soleil et le mouvement du Soleil autour de son centre de masse pouvaient ou non avoir un effet annulateur sur les mesures de parallaxe d'autres étoiles. Cela rendrait effectivement inutile toute mesure du mouvement d'une étoile, conçue pour voir s'il y avait des planètes en orbite autour d'elle. Ou comme le Dr Butkevich l'a déclaré dans son étude:
«Il est clair, à partir de simples considérations géométriques, que dans de tels systèmes, le mouvement orbital de l'étoile hôte, dans certaines conditions, peut être proche de l'effet parallactique ou même impossible à distinguer de celui-ci. Cela signifie que le mouvement orbital peut être partiellement ou totalement absorbé par les paramètres de parallaxe. »
Cela serait particulièrement vrai des systèmes où la période orbitale d'une planète était d'un an, et qui avaient une orbite qui la plaçait près de l'écliptique du Soleil - c'est-à-dire comme l'orbite de la Terre! Donc, fondamentalement, les astronomes ne seraient pas en mesure de détecter la Terre 2.0 à l'aide de mesures astrométriques, car la propre orbite de la Terre et la propre oscillation du Soleil rendraient la détection presque impossible.
Comme le Dr Butkevich le déclare dans ses conclusions:
«Nous présentons une analyse des effets du mouvement orbital de la Terre sur la détectabilité astrométrique des systèmes exoplanétaires. Nous avons démontré que, si la période d'une planète est proche d'un an et que son plan orbital est presque parallèle à l'écliptique, le mouvement orbital de l'hôte peut être entièrement ou partiellement absorbé par le paramètre de parallaxe. Si une absorption complète se produit, la planète est indétectable astrométriquement. »
Heureusement, les chasseurs d'exoplanètes peuvent également choisir parmi une myriade d'autres méthodes, y compris des mesures directes et indirectes. Et lorsqu'il s'agit de repérer des planètes autour d'étoiles voisines, deux des plus efficaces consistent à mesurer les décalages Doppler dans les étoiles (aka. La méthode de vitesse radiale) et les immersions dans la luminosité d'une étoile (aka. La méthode de transit).
Néanmoins, ces méthodes souffrent de leur propre part d'inconvénients, et connaître leurs limites est la première étape pour les affiner. À cet égard, l'étude du Dr Butkevich fait écho à l'héliocentrisme et à la relativité, où il nous est rappelé que notre propre point de référence n'est pas fixé dans l'espace et peut influencer nos observations.
La chasse aux exoplanètes devrait également bénéficier grandement du déploiement d'instruments de nouvelle génération tels que le télescope spatial James Webb, le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) et d'autres.
