Le découvreur de la planète Ross 128 b, l’astronome Xavier Bonfils, traque les exoplanètes autour des étoiles naines rouges depuis presque quinze ans. Pour lui, l'étude des exo-Terre commence maintenant.

Ciel & Espace : Après la découverte en 2016 d'une exo-Terre dans la zone habitable de Proxima du Centaure, celle de Ross 128 b à seulement 11 années-lumière donne le sentiment que les choses s'accélèrent sur le front des exoplanètes. Est-ce que nous vivons un moment particulier ?

Xavier Bonfils : En effet, cette année a été singulièrement riche. Autour des étoiles naines rouges, celles qui ont ma préférence, nous avons non seulement découvert la planète Ross 128 b, mais aussi trois exoplanètes de 0,8, 1 et 1,1 masse terrestre autour de l’étoile GJ 54.1, à 12,1 années-lumière (les plus “légères” jamais détectées par la méthode des vitesses radiales) ; une super-Terre de 8 masses terrestres dans la zone habitable de son étoile, baptisée K2-18 ; une planète de 3 masses terrestres dans la zone habitable de Gliese 273, à 12,4 années-lumière, ainsi qu'une autre de 1,2 masse terrestre autour de la même étoile ; et une dizaine d'autres exoplanètes de moins de 10,5 masses terrestres autour de quatre autres étoiles.

Ross 128 b est un peu particulière : parmi ces découvertes, c'est la plus proche de toutes. D’ailleurs, pour la petite histoire, dans 79 000 ans, ce sera elle la plus proche exoplanète du Système solaire, à 6 années-lumière. Entre-temps, le système d'Alpha du Centaure auquel appartient Proxima se sera éloigné de nous...

C&E : Comment expliquez-vous cette moisson exceptionnelle de petites planètes autour des naines rouges ?

Xavier Bonfils : La détection des exoplanètes par la méthode des vitesses radiales consiste à mesurer le mouvement qu'une planète imprime à son étoile lorsqu’elle tourne autour. Il est très faible, d'autant plus faible que la planète est peu massive. Et en fait, l'activité de l'étoile elle-même le masque facilement. Pour détecter ce mouvement périodique, il faut donc observer longtemps.

Nous avons commencé nos observations des naines rouges en 2003. D'abord, nous avons trouvé des planètes géantes (peu en réalité). Puis nous avons commencé à détecter des super-Terre (moins de 10 masses terrestres). Et désormais, à force d'accumuler les mesures, nous atteignons une sensibilité qui nous permet de découvrir des Terre. Pour Ross 128 b, par exemple, il a fallu 160 mesures étalées entre 2005 et 2016.

Ce dont nous nous rendons compte, c'est que les planètes de la masse de la Terre sont probablement les plus abondantes !

C&E : Le programme d'observation que vous menez avec l'instrument Harps, installé sur le télescope de 3,6 m de l'observatoire de La Silla, est baptisé « Shortcut to happiness » (« Raccourci vers le bonheur »). Pourquoi ?

Xavier Bonfils : C'est un clin d'oeil au pacte de Faust. Plutôt que de traquer des petites planètes dans la zone habitable d'étoiles comme le Soleil, nous avons choisi de nous concentrer sur les naines rouges. Elles sont au moins moitié moins massives que notre étoile, le mouvement que leur imprime leurs planètes est donc plus facile à mesurer. Par ailleurs, comme elles sont froides, leur zone habitable est relativement proche d'elles. Finalement, les naines rouges offrent un raccourci vers la détection des exo-Terre habitables.

C&E : Mais les naines rouges sont peu lumineuses...

Xavier Bonfils : C'est vrai, aucune des naines rouges que nous observons n'est visible à l’œil nu. Mais ce type d'étoiles est très courant. Elles comptent pour 80% des étoiles de la Galaxie, si bien qu'il y en a beaucoup très près du Système solaire ! Si nos yeux étaient sensibles à l'infrarouge, nous ne verrions qu'elles. Ce que j'espère, c'est que nous n'avons pas vendu notre âme au diable, et que toutes les planètes que nous découvrons autour des naines rouges ne sont pas des enfers inhabitables [rires] !

Vue d'artiste de la planète Ross 128 b. © ESO/M. Kornmesser

C&E : De ces planètes, nous connaissons parfois la masse, parfois la taille, parfois les deux, mais pas grand-chose de plus. Comment aller plus loin ?

Xavier Bonfils : La détection et l'étude des atmosphères des exo-Terre est un défi. Le fantastique système de Trappist-1, avec ses sept planètes qui passent devant leur étoile, est sans doute notre meilleure cible. Il sera observé avec le télescope spatial JWST, qui sera lancé en 2019. L'exoplanète la plus proche, Proxima b, ne transite malheureusement pas. Pour l'étudier, il faudra d'abord réussir à la distinguer de son étoile. Or, la différence d'éclat est gigantesque : la planète brille 10 millions de fois moins que l'étoile ! Grâce au VLT, en couplant l'instrument d'optique adaptative extrême Sphere avec Espresso, un spectromètre à ultra-haute résolution qui succèdera dans quelques mois à Harps, cet exploit sera peut-être possible d'ici deux ou trois ans. Sphere permettra de séparer angulairement la planète, et Espresso, de distinguer le spectre de la planète de celui de l'étoile. Sinon, il faudra attendre la génération des télescopes des 30 m de diamètre, comme l'ELT.

Quoi qu'il en soit, notre objectif désormais n'est plus de trouver beaucoup de nouvelles planètes autour des naines rouges, pour faire de la statistique, mais identifier celles qui seront les meilleures cibles pour la recherche de biomarqueurs avec le JWST et l'ELT. Dans ce cadre, LHS 1140 b et Ross 128 b sont de bonnes alternatives aux planètes de Trappist-1, d'une part, et à Proxima b, d'autre part. Car si ces deux planètes tournent autour de deux étoiles proches, elles-ci sont aussi très actives en rayons X et dans l’ultraviolet. Leur activité est potentiellement stérilisante...

C&E : Espérez-vous découvrir de nouvelles planètes habitables suffisamment proches pour pouvoir être sondées par le JWST ou les futurs télescopes de 30 m ?

Xavier Bonfils : Bien sûr ! Avec Harps, nous suivons une vingtaine d'étoiles dans un rayon de 15 années-lumière. Il y a d'autres naines rouges dans ce petit volume, mais elles sont trop faibles dans le domaine visible pour que nous puissions y chercher des planètes. Ce sera le travail des instruments Spirou et NIRPS, qui débuteront leurs observations dans l'infrarouge depuis Hawaï et le Chili en 2018 et 2019. Grâce à ces outils, nous espérons découvrir de nouvelles petites planètes comme Ross 128 b.

Et puis, en mars 2018, la Nasa lancera Tess. Ce satellite pourra détecter par transit des planètes jusqu'à 1,5 rayon terrestre autour des étoiles plus brillantes que la magnitude 12. Sur tout le ciel, excepté l'écliptique. Pour nous, ce sera un nouveau coup d'accélérateur : Harps sera sans doute beaucoup utilisé pour mesurer la masse des nombreuses exoplanètes que Tess découvrira. Ce sera un premier pas vers leur caractérisation.