Illustration qui montre les sept planètes terrestres de TRAPPIST-1. L'image ne montre pas les orbites des planètes à l'échelle, mais met en évidence les possibilités d'aspect des surfaces de ces mondes intrigants. ©NASA/JPL-Caltech
Quatre nouvelles études auxquelles ont participé des chercheurs du STAR Research Institute lèvent un peu plus le voile sur l’extraordinaire système planétaire découvert en février 2017.
Les observations intensives effectuées par les télescopes terrestres (notamment TRAPPIST et SPECULOOS) et spatiaux (Hubble et Spitzer) permettent aujourd’hui d’en savoir un peu plus sur TRAPPIST-1 et ses sept planètes. Michaël Gillon (ULiège – STAR Institute) et ses collaborateurs publient quatre articles importants (1, 2, 3, 4) qui viennent affiner notre connaissance des exoplanètes et de leur étoile. Masses, rayons, premières contraintes atmosphériques : tout ces nouveaux résultats confirment la nature tellurique, rocheuse, des planètes, tout en suggérant des compositions bien plus riches en eau que celle de notre Terre. Les chercheurs attendent à présent avec impatience le lancement du télescope spatial James Webb qui permettra de récolter plus d’informations sur le système exoplanétaire le plus connu de la planète.
Il y a un an, une équipe internationale d'astronomes dirigée par Michaël Gillon (STAR Research Institute) annonçait lors d’une conférence de presse à la NASA l'une des plus remarquables découvertes exoplanétaires : sept planètes de la taille de la Terre avaient été détectées autour d'une étoile naine froide à environ 40 années-lumière de distance de notre système solaire, toutes suffisamment tempérées pour être « potentiellement habitables », c’est-à-dire capables - en théorie - d’abriter de l’eau liquide à leur surface. La clé de l’apparition de la vie telle que nous la connaissons sur Terre ! Aujourd'hui, quatre études impliquant des astronomes de l’Université de Liège présentent de nouvelles contraintes importantes sur la nature des planètes de TRAPPIST-1 et sur leur habitabilité potentielle.
La première étude, publiée dans The Astrophysical Journal (1) et dirigée par Valérie Van Grootel (STAR Research Institute), porte sur TRAPPIST-1, l'étoile du système. Grâce à de nouvelles observations de nouveaux modèles d’étoiles et de nouvelles techniques d'analyses, l’équipe a pu affiner la détermination des propriétés de l'étoile, permettant d’estimer plus précisément sa distance, sa température, son rayon et sa masse. Cette dernière étant plus élevée d’environ 10% que ce l’on avait estimé jusque là. « Au mieux on connait une étoile, au mieux l’on peut connaitre ses planètes. C'est donc une étape essentielle vers une meilleure compréhension des planètes de TRAPPIST-1 et de leur habitabilité potentielle", explique l'astronome liégeoise, auteur principal de la publication.
La seconde étude, publiée dans Astronomy & Astrophysics (2) révèle que les sept planètes de TRAPPIST-1 sont globalement rocheuses et plus riches – jusqu’à 5% - en eau que la Terre. "C'est nettement plus d'eau que celle contenue dans nos océans, qui ne représentent que 0,02 % de la masse de notre planète !" souligne Simon Grimm, post-doctorant à l'Université de Berne. Ce résultat a été rendu possible grâce à la mesure précise des masses et des dimensions des planètes, notamment à l'aide d'un vaste ensemble de données recueillies par le télescope Spitzer de la NASA.
Ce schéma présente les propriétés connues des sept exoplanètes TRAPPIST-1 (de b à h), montrant la manière dont elles “s'empilent” par rapport aux planets rocheuses et habitables de notre propre système solaire. L'axe horizontal montre le niveau d'illumination que chaque planète reçoit de son étoile. L'axe vertical montre les densités des planètes. La densité, calculée à partir de la masse et du volume d'une planète, est la première étape importante pour comprendre la composition d'une planète. ©NASA/JPL-Caltech
La troisième étude, menée par Julien de Wit, chercheur au MIT (EAPS Lab) et publiée dans Nature Astronomy (3) a eu recourt au télescope spatial Hubble de la NASA/ESA pour observer les quatre planètes du système les plus susceptibles d’être habitables, afin d’y détecter des traces d'atmosphères. Pour trois des planètes, les données obtenues excluent la présence d’une atmosphère riche en hydrogène. En ce qui concerne la quatrième, la présence d’une telle atmosphère n’est pas encore exclue. La présence d'atmosphères étendues et dominées par l'hydrogène sur les quatre planètes les aurait présentées comme des mondes gazeux et inhospitaliers comme l’est Neptune. Ce qui n’est donc pas le cas. « Rassemblés, les résultats de nos recherches confirment la nature terrestre et l'habitabilité potentielle des planètes du système ", déclare Julien de Wit, auteur principal de l’étude.
La quatrième et dernière étude, publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (4) s’est quant à elle penchée sur les nouvelles données récoltées par le télescope spatial Spitzer de la NASA qui ont permis d’affiner le rayon de l’étoile et des sept planètes composant le système. « Dans cette étude, nous montrons également que les futures études de l’atmosphère des planètes ne seront pas affectées de façon significative par l’activité de l’étoile, ce qui est encourageant pour la suite», s’enthousiame Laetitia Delrez, premier auteur de l’article et post-doctorante ULiège à l’Université de Cambridge.
« La prochaine étape importante dans l'étude des planètes de TRAPPIST-1 sera l'observation spectroscopique de leurs atmosphères à l’aide du nouveau télescope spatial James Webb, qui sera lancé l’année prochaine par la NASA et ESA», déclare Michaël Gillon, astronome à l’Université de Liège et co-auteur des quatre publications. Le James Webb nous permettra en effet d’étudier en détail les atmosphères de ces planètes, notamment de mesurer leurs compositions et d’y détecter d’éventuelles molécules d'origine biologique. »
Le meilleur reste donc à venir dans l’étude de ce système exoplanétaire unique.
Voyage au coeur du système exoplanétaire TRAPPIST-1 révélé en février 2017. Ces illustrations nous présentent les nouvelles données recueillies par le télescope spatial Spitzer et analysées par une équipe internationale de chercheurs, dont des chercheurs du STAR Research Institute. ©NASA/JPL Caltech
La découverte du système TRAPPIST-1 s’inscrit dans le cadre d’un projet plus large, baptisé SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing Ultra-cOOl Stars). Ce projet a été financé par l'Union Européenne dans le cadre d'une bourse ERC Starting Grant attribuée à Michaël Gillon par le Conseil européen de la recherche (ERC) en 2014. Alors que les télescopes TRAPPIST se concentrent sur une centaine d’étoiles ultrafroides, les télescopes SPECULOOS vont en cibler environ un millier. Le premier observatoire SPECULOOS, constitué de quatre télescopes, est actuellement en cours d’installation à l’Observatoire Européen Austral de Paranal (ESO) au Chili. Il commencera d'ici quelques mois sa recherche intensive de systèmes planétaires semblables à celui de TRAPPIST-1.
(1) Valérie van Grootel et al., 2018, Stellar Parameters for TRAPPIST-1, The Astrophysical Journal, 853,30.
(2) Simon L. Grimm et al. 2018, The Nature of TRAPPIST-1 Planets, Astronomy & Astrophysics, 2018
Lire le communiqué de presse de l'ESO
Lire le communiqué de presse de la NASA
(3) Julien de Wit et al. 2018, Atmospheric Reconnaissance of Habitable-zone Earthsized, Nature Astronomy, 2018.https://www.spacetelescope.org/news/heic1802/
(4) Laetitia Delrez et al, 2018, Early 2017 observation of TRAPPIST-1 with Sptizer, MNRAS, 1-24.
Michaël GILLON – STAR Institute - Université de Liège
Valérie VAN GROOTEL – STAR Institute - Université de Liège
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