Les observations d'exoplanètes

La première détection prouvée d'une planète extrasolaire ne fut pas en orbite autour d’une étoile classique mais autour d’un pulsar, PSR 1257+12, en 1992. L'étude de ce pulsar mit en évidence de faibles variations de période de son rayonnement radio. Celles-ci ne pouvaient s'expliquer que par des perturbations gravitationnelles provoquées par trois petits corps en orbite, l'un de la masse de la Lune, les deux autres avec deux tiers de la masse de la Terre. Notons que ces planètes se sont probablement formées après l'explosion en supernova car il est difficile d'imaginer que des planètes classiques puissent survivre à un tel cataclysme.

La première détection prouvée d’une planète en orbite autour d’une étoile normale fut faite par Michel Mayor et Didier Queloz de l'observatoire de Genève vers la fin 1995. En observant avec une très grande résolution spectrale l'étoile 51 Pegasi, située à 50 années-lumière de nous, ils purent mettre en évidence de très faibles oscillations de la position des raies spectrales. Ils déterminèrent que la vitesse de l'étoile variait avec une période de 4,2 jours et une amplitude de 70 mètres par seconde. Ce résultat fut interprété comme la conséquence de l’influence gravitationnelle d'une grosse planète en orbite autour de 51 Pegasi.

A partir de la période et de l'amplitude des variations, Michel Mayor et Didier Queloz purent estimer la masse de la planète, environ la moitié de celle de Jupiter, et sa distance à l'étoile, environ 7,5 millions de kilomètres, soit seulement 0,05 unités astronomiques. A partir de cette distance, il fut possible de calculer la température moyenne de la planète, environ 1300 degrés Celsius, ce qui suggère que cette dernière est dépourvue d'atmosphère et partiellement ou complètement liquide.  

La naine brune 2M1207

Une profusion d'exoplanètes

Depuis la découverte de 51 Pegasi en 1995, plus de 200 planètes ont été identifiées. Début mai 2007, on comptait ainsi 232 planètes. La méthode de la vitesse radiale avait identifié 220 planètes, ceci dans 189 systèmes planétaires différents dont 22 possédaient plus d’une planète. La méthode du transit avait révélé 19 planètes, et les méthodes de microlentille gravitationnelle et d’observation directe avaient chacune détecté 4 planètes. Finalement, 4 planètes avaient été détectées autour de deux pulsars.

Les planètes découvertes jusqu’ici ne sont sans doute pas très représentatives de la population réelle car les observations sont très affectées par un effet de sélection. La grande majorité des planètes extrasolaires connues sont en effet des géantes proches de leur étoile car ce type de planète est beaucoup plus facile à détecter. En réalité, il existe probablement une population de planètes beaucoup plus variée, comprenant en particulier des planètes plus petites comme la Terre ou Mars. Les connaissances actuelles permettent néanmoins déjà d’aboutir à des conclusions très intéressantes.

En terme de masse, la plupart des exoplanètes détectées sont des géantes gazeuses dont la masse se trouve entre 0,1 et 14 fois celle de Jupiter. La masse minimale détectée est d’environ 5 fois la masse de la Terre et seules trois planètes aussi petites ont été découvertes à ce jour. Il s’agit bien sur d’un effet de sélection puisque la principale méthode d’observation, la vitesse radiale, ne peut détecter que les grosses planètes. D’un point de vue statistique, en prenant en compte cet effet de sélection, il est probable que les planètes de faible masse sont beaucoup plus communes dans la population réelle.

En terme d’orbite, la plupart des planètes sont plutôt proches de leur étoile, un effet de sélection, mais les valeurs varient malgré tout entre 0.02 et 7 unités astronomiques. Ceci équivaut à une période orbitale comprise entre un jour terrestre et une dizaine d'années terrestres, avec à noter une concentration surprenante autour d’une valeur de trois jours.

Une découverte intéressante est le fait que la majorité des planètes ont une orbite excentrique, c'est-à-dire plus elliptique que circulaire. Il s’agit là d’une différence majeure avec le système solaire où les orbites planétaires sont toutes plus ou moins circulaires. Notons que ceci n’est pas le fruit d’un effet de sélection, mais un fait réel qui pose un vrai défi aux théories actuelles de formation des systèmes planétaires.

 La majorité des exoplanètes ont été observées autour d’étoiles de masse relativement faible de types F, G et K. Là encore un effet de sélection puisque les recherches se concentrent sur ce type d’étoiles. Il semblerait cependant que la formation de planètes soit difficile autour d’étoiles plus massives à cause de phénomènes comme la photo-évaporation. Les observations montrent aussi que les étoiles contenant plus d’éléments lourds ont plus de chances d’être entourées de planètes.