De l’eau pour les mondes de TRAPPIST-1

De l’eau pour les mondes de TRAPPIST-1

En étudiant les 7 planètes qui tournent autour de l’étoile TRAPPIST-1 à 40 années-lumière, les astronomes ont estimé que ces mondes pourraient héberger jusqu’à 5 % d’eau en masse, soit bien plus que la Terre.

TRAPPIST-1 est ce qu’on appelle une naine ultra-froide, soit une étoile bien plus petite et froide que le Soleil. Située à environ 40 années-lumière de nous, on sait depuis 2016 que plusieurs exoplanètes tournent autour d’elle et de récentes études y montrent la présence d’eau.

TRAPPIST, un télescope belge au Chili

La découverte des mondes de TRAPPIST-1 résulte de l’utilisation d’un télescope automatique très modeste (60 cm de diamètre) situé à l’observatoire de La Silla au Chili. Ce télescope de l’université de Liège en Belgique s’appelle TRAPPIST-South, d’où TRAPPIST-1 pour la naine ultra-froide. Notons au passage que TRAPPIST signifie TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope : pour simplifier, il s’agit de débusquer des exoplanètes lorsqu’elles passent devant leur étoile, causant une baisse de luminosité de cette dernière. TRAPPIST est de plus une allusion à une célèbre bière belge !

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Le télescope TRAPPIST-South à La Silla au Chili. Le site de La Silla est géré par l’European Southern Observatory. Crédit : ESO (mise en page : Cité de l’espace)

Les scientifiques en charge du télescope automatique belge ont donc détecté plusieurs exoplanètes autour de l’étoile TRAPPIST-1. Puis, des observations complémentaires, notamment menées avec le télescope Spitzer de la NASA, ont permis de déterminer qu’il y avait là-haut 7 mondes de tailles comparables à celle de la Terre. Ils ont été désignés TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g et h par ordre d’éloignement de leur étoile (le 1a est réservé à cette dernière). Ce système planétaire est bien plus compact que le nôtre (voir le schéma de l’ESO ci-dessous), mais TRAPPIST-1 étant bien plus petite que le Soleil, ils ne sont pas tous forcément «surchauffés».

La quête de l’eau

Pour aller plus loin, Simon Grimm de l’Université de Berne en Suisse a dirigé une équipe qui a analysé des observations complémentaires menées avec les télescopes spatiaux Spitzer et Kepler de la NASA et, au sol, le SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars) de l’ESO à Paranal (Chili).

Le télescope SPECULOOS installé sur le site du Cerro Paranal de l’ESO dans le désert de l’Atacama au Chili. L’université de Liège est impliquée dans cet équipement, comme pour TRAPPIST. Crédit : SPECULOOS

Le télescope SPECULOOS installé sur le site du Cerro Paranal de l’ESO dans le désert de l’Atacama au Chili. L’université de Liège est impliquée dans cet équipement, comme pour TRAPPIST.
Crédit : SPECULOOS

Tout d’abord, Simon Grimm et ses collègues ont pu déterminer la masse des planètes de TRAPPIST-1 car elles «sont situées à si grande proximité les unes des autres qu’elles interagissent au plan gravitationnel, de sorte que les instants auxquels elles passent devant leur étoile hôte se décalent progressivement». Ce décalage trahit en fait la masse de la planète ! Et étant donné qu’on connaît aussi la taille des planètes (plus elles sont grosses et plus elles occultent l’étoile en passant devant), les scientifiques en déduisent alors leur densité. La conclusion ? Ces exoplanètes situées à 40 années-lumière sont de type tellurique, comme la Terre, et ainsi que le souligne un communiqué de l’ESO «ne sont pas des mondes rocheux stériles». En effet, les modèles mathématiques employés montrent que ces exoplanètes peuvent être composées jusqu’à 5 % d’eau en masse. À titre de comparaison, les océans représentent 0,02 % de la masse de la Terre. Tout ceci ne signifie pas que les 7 mondes de TRAPPIST-1 sont recouverts d’eau. Tout dépend de la distance à l’étoile. Trop près, l’eau ne peut pas être liquide car vaporisée et, trop loin, le précieux liquide devient une épaisse couche de glace. Ce dernier cas serait celui de TRAPPIST-1f, g et h. Pour les plus proches, TRAPPIST-1b et c, l’atmosphère dense est retenue. TRAPPIST-1d est un monde moins massif, 3 fois moins que la Terre : les chercheurs ne peuvent déterminer si l’eau y est essentiellement présente sous la forme d’une atmosphère étendue, d’un océan ou d’une couche de glace. Enfin, TRAPPIST-1e s’approche le plus de notre planète par sa densité et l’énergie qu’elle reçoit de son étoile, mais là aussi l’imprécision subsiste quant à l’état de l’eau à sa surface. Ci-dessous, les planètes de TRAPPIST-1 comparées en taille à la Terre (Earth). Notez qu’on ne dispose pas de clichés de ces mondes : leur représentation sur le schéma fait donc appel au talent d’un illustrateur avec l’avis des scientifiques.

De tels résultats peuvent sembler frustrants par le manque de certitudes. Il ne faut pas oublier qu’on assiste là à l’émergence de techniques d’observation et de calculs qui ont pour but de déterminer la composition de mondes en dehors du Système solaire. Pour Éric Algol, qui fait partie de l’équipe de Simon Grimm, «nous disposons désormais du tout premier aperçu de la composition d’exoplanètes de taille terrestre». Clairement, cette nouvelle discipline de l’astronomie progresse à grands pas et de prochains télescopes, tel le gigantesque E-ELT de l’ESO de 40 m de diamètre en construction, permettront d’aller plus loin.
Cette quête de l’eau via la détermination de la densité des planètes fait immanquablement penser à une autre quête, celle de la vie. Si on se base sur l’exemple de la Terre, eau et vie semblent intimement liées. Brice-Olivier Demory de l’université de Berne, et co-auteur de cette étude sur les mondes de TRAPPIST-1, résume ainsi ce qui a été accompli : «Bien qu’elles nous renseignent sur les compositions planétaires, les valeurs de densités ne révèlent rien concernant l’habitabilité potentielle de ces planètes. Toutefois, cette étude constitue un pas important, dans la mesure où nous continuons d’explorer ce facteur d’habitabilité». Il est d’ailleurs déjà prévu que le système de TRAPPIST-1 constituera une cible prioritaire pour l’E-ELT ainsi que pour le télescope spatial JWST (James Webb Space Telescope) de la NASA auquel les agences spatiales européennes et canadiennes sont associées. C’est le lanceur européen Ariane 5 qui doit envoyer cet observatoire de 6 m de diamètre dans l’espace en 2019.