Une exoplanète d’une taille comparable à celle de la Terre et située dans la zone habitable de son étoile a été découverte. Elle pourrait potentiellement abriter de l'eau liquide. Sean Bailly
Illustration 1 : Cette vue d’artiste représente Kepler-186f au premier plan et les quatre autres exoplanètes en orbite autour de l’étoile naine de type M, Kepler-186.NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech
Illustration 2 : Comparaison de la taille de la Terre et de Kepler-186f et de leur systèmes stellaires. Kepler-186f est sur une orbite équivalente à celle de Mercure, mais comme son étoile est moins lumineuse, elle se trouve, comme la Terre, dans la zone habitable (en vert). Dans cette région, l’eau peut potentiellement se trouver sous forme liquide.NASA Ames, SETI Institute, JPL-Caltech
Illustration 3 : Dossier Pour la Science N°64 juillet- septembre 2009 Exoplanètes : des centaines de mondes à explorer
Pour en savoir plus
E. Quintana et al., An Earth-sized planet in the habitable zone of a cool star, Science, vol. 344, pp. 277-280, 2014.
Entretien avec Michel Mayor sur la recherche d’exoplanètes.
A. Cassan et al., Exoplanètes de type terrestre : la moisson annoncée, Dossier Pour la Science, n°Â 60, juillet-septembre 2008.
Des exoplanètes plus petites que la Terre, plus grandes, géantes, gazeuses, rocheuses, brûlantes, chaudes, froides, tempérées… les astronomes ont dressé depuis près de 20 ans un catalogue riche et varié de planètes qui gravitent autour d'étoiles autres que le Soleil. Il comportait de nombreuses planètes gravitant dans la zone habitable de leur étoile – à la distance adéquate pour que de l'eau puisse y subsister à l’état liquide –, mais parmi celles-ci, encore aucune aussi petite que la Terre. Cela serait chose faite avec Kepler-186f, découverte par Elisa Quintana, de l'Institut SETI, et ses collègues (dont des chercheurs du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux), à partir des observations du satellite Kepler.
Kepler-186f est en orbite autour d'une étoile naine de classe M, Kepler-186, située à 500 années-lumière de la Terre. Kepler avait déjà permis de découvrir quatre autres planètes dans ce système. Celles-ci sont également petites – leur rayon est inférieur à 1,5 fois celui de la Terre –, mais elles sont très proches de l’étoile. Par conséquent, exposées à un rayonnement trop important, elles sont trop chaudes pour abriter de l'eau liquide.
La méthode des transits utilisée par le télescope spatial Kepler favorise principalement la découverte de planètes proches de leur étoile. Kepler scrute des étoiles (150 000 entre 2009 et 2013 !) à la recherche d'une petite baisse de luminosité périodique. Celle-ci trahit le passage d'une planète devant le disque de l’étoile, bloquant une partie de sa lumière. Des planètes proches de leur étoile ont une période orbitale courte, si bien qu’il est plus facile d’observer et d’identifier leurs transits périodiques. Si deux années d'observation ont été nécessaires pour découvrir les quatre premières exoplanètes du système Kepler-186, de périodes comprises entre 3,9 et 22,4 jours, Elisa Quintana et ses collègues ont eu besoin d’une autre année de données pour détecter la présence de Kepler-186f, d’une période de 129,9 jours.
Le rayon de l’orbite de Kepler-186f est estimé à 0,35 unité astronomique (52 millions de kilomètres), soit environ la distance qui sépare le Soleil de Mercure. Or, cette dernière, «  chauffée à blanc  » par l’intense rayonnement du Soleil, ne peut abriter d’eau liquide. Alors pourquoi Kepler-186f le pourrait-elle ?
C’est que l'étoile Kepler-186, avec un rayon de 0,47 fois celui du Soleil, est beaucoup moins chaude que le Soleil (3Â 500Â °C en surface contre 5Â 500Â °C). Ses rayons sont donc moins brûlants. Sa zone habitable, la région où le rayonnement de l’étoile n’est ni trop intense ni trop faible pour que de l’eau puisse subsister à l’état liquide à la surface d’une planète, est estimée entre 0,22 et 0,4Â unité astronomique. Kepler-186f se situe exactement dans cet intervalle.
Néanmoins, être dans cette zone habitable ne signifie pas être couverte d’océans d’eau liquide ! La planète doit possèder de l'eau, ce qui n’est pas toujours le cas, et une atmosphère assez dense pour que l’effet de serre y maintienne une température clémente. Ainsi Kepler-186f, qui reçoit environ trois fois moins de rayonnement que la Terre, devrait avoir une atmosphère riche en dioxyde de carbone pour que la température y soit compatible avec la présence d'eau liquide.
Plutôt une cousine qu'une jumelle de la Terre
L’amplitude de la baisse d'intensité de l'étoile lors du transit a permis d'estimer le rayon de Kepler-186f à environ 1,11 fois celui de la Terre. Sa masse et sa composition restent inconnues mais au vu de sa taille, il s’agit probablement d’une planète tellurique, c’est-à-dire un mélange de roches silicatées, d’eau et de fer. Sa masse pourrait varier entre 0,32Â masse terrestre (planète entièrement composée de glace d’eau) à 3,77 masses terrrestres (planète de fer pur). Avec une composition équivalente à celle de la Terre (environ un tiers de fer et deux tiers de roches silicatées), sa masse serait environ 1,44 fois plus grande.
Il existe des dizaines de milliards d'étoiles naines de type M semblables à Kepler-186 dans la Voie lactée (elles représentent 70 pour cent des étoles de la galaxie). En outre, la zone habitable étant plus proche pour ce type d’étoile, il devrait être plus facile de détecter les planètes « habitables  » par transits. Et, ces petites étoiles se sont probablement formées à partir de disques de gaz et de poussières relativement modestes, ce qui favoriserait la formation de petites planètes. Les étoiles naines de type M sont donc une bonne cible pour chercher des cousines de la Terre de par leur taille et leur présence dans la zone habitable. La prochaine étape : trouver un tel astre autour d'une étoile du même type que le Soleil !
Le système stellaire Kepler-186 possède cinq planètes de taille proche de celle de la Terre. L’une d’elles est dans la zone habitable, où l’eau est potentiellement liquide. Crédit : Seti Institute
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