Des étudiants de l’UdeM à la recherche d’exoplanètes

Depuis l’annonce de la découverte d’une première exoplanète il y a 25 ans, les astrophysiciens en ont découvert plus de 4 000. Ce n’est toutefois qu’un début, puisque les exoplanètes représentent une infime portion des planètes de notre voisinage galactique. Les étudiants et chercheurs de l’Institut de recherche sur les exoplanètes de l’Université de Montréal (iREx) sont à l’avant-garde de ce nouveau sous-domaine de la physique.

D’après l’étudiante au doctorat à l’iREx Caroline Piaulet, les exoplanètes sont des planètes qui tournent autour d’une autre étoile que le soleil. Les chercheurs les étudient principalement pour mieux comprendre les processus qui mènent à la formation des planètes. En analysant leur composition et en développant des modèles pour tenter d’expliquer leurs observations, ils en apprennent aussi beaucoup sur notre propre système solaire et sur la Terre. « Il y a encore beaucoup d’analyses en cours pour mieux comprendre la distribution des planètes, mais de ce que l’on sait jusqu’à maintenant, notre système solaire semble vraiment particulier », témoigne l’étudiant à la maîtrise à l’iREx Thomas Vandal.

Si la recherche d’exoplanètes sert principalement à l’avancée de notre compréhension du monde naturel, plusieurs chercheurs sont aussi motivés par la possibilité de découvrir des signes de vie en dehors de notre système solaire, « Ce qu’on espère en fait, c’est qu’avec le temps, les nouveaux télescopes et instruments arrivent à nous donner la capacité de détecter des biosignatures, soit des signaux que l’on peut associer à la présence de vie sur d’autres planètes », précise l’étudiant également à la maîtrise à l’iREx Louis-Philippe Coulombe.  

Plusieurs méthodes de détection

Louis-Philippe explique que lorsqu’une planète passe devant son étoile, elle bloque une partie de la lumière de celle-ci, quiapparait moins brillante. Les chercheurs en astrophysique observent donc les étoiles à la recherche de ces variations dans leur luminosité, dans le but de trouver des exoplanètes. C’est ce qu’ils appellent la méthode du transit. « Plus de 4 000 planètes ont été découvertes jusqu’à maintenant, et la grande majorité d’entre elles ont été découvertes par la méthode du transit, » souligne Caroline.

Cette méthode comporte toutefois des limites, selon Thomas. En effet, elle ne permet pas de détecter des planètes dont l’orbite ne passe pas directement devant l’étoile de ces dernières. Selon l’étudiant, une autre méthode fréquemment utilisée est celle de la vitesse radiale. Celle-ci consiste à mesurer l’effet gravitationnel qu’une planète exerce sur son étoile pour en détecter la présence. « On pourrait imaginer qu’une planète tourne simplement autour de son étoile, mais dans les faits, l’étoile et la planète s’influencent mutuellement et vont tourner autour d’un centre de masse commun aux deux », détaille Jean-Philippe. Les planètes font donc bouger leurs étoiles, ce qui, en raison de l’effet Doppler [voir encadré], change la couleur de la lumière de ces dernières. Les astrophysiciens étudient ensuite cette variation de la couleur de la lumière pour déduire la présence d’une planète.

La méthode du transit et celle de la vitesse radiale sont très efficaces pour trouver de grandes planètes se trouvant près de leur étoile, mais elles perdent de leur efficacité lorsque vient le temps de détecter des planètes qui tournent très lentement autour de la leur, selon Thomas. Si ces planètes sont encore très « jeunes » et qu’elles émettent une certaine lumière, la méthode de l’imagerie directe peut permettre de les trouver. « C’est vraiment la méthode la plus basique, poursuit Caroline. Tu fixes une étoile et tu essaies de voir s’il y a des planètes qui tournent autour, ça parait facile comme ça, mais l’étoile est super brillante et les planètes le sont très peu, il est donc très difficile de les observer avec cette technique. »

De la détection à l’analyse

Bien que certains projets consistent exclusivement à trouver de nouvelles planètes, plusieurs chercheurs s’attèlent plutôt à étudier en détail certaines exoplanètes. Ils vont souvent cumuler les méthodes pour tenter d’en apprendre le plus possible. « Par exemple, la méthode du transit nous donne le volume d’une planète et la méthode de la vitesse radiale sa masse, explique Thomas. En combinant les deux, on peut calculer la densité et savoir s’il s’agit d’une planète rocheuse ou gazeuse. »

Parfois, ce travail d’analyse mène à la découverte d’autres planètes, car les chercheurs se rendent compte que l’effet qu’ils observaient est causé par plus d’une planète. « L’étude des exoplanètes ne se fait pas de façon linéaire, il y a beaucoup de va-et-vient, nous découvrons toujours de nouvelles questions au fur et à mesure que nous avançons », ajoute Caroline. 

Dans la mesure où ils ne peuvent pas se contenter de soulever de nouvelles questions, les chercheurs sollicitent fréquemment leurs collègues pour expliquer leurs observations. C’est la raison pour laquelle les articles scientifiques sur les exoplanètes sont signés par de nombreux contributeurs, selon Caroline. Grâce à l’échange d’idées, les chercheurs développent de nouvelles techniques, font avancer leurs modèles théoriques, découvrent de nouveaux types de planètes, et, comme le souligne la doctorante : « si on peut trouver de la vie extraterrestre, c’est cool aussi ! »

Encadré : L’effet Doppler est un phénomène physique qui stipule que la fréquence des ondes émises par un objet en mouvement va être affectée par le mouvement de cet objet. Nous expérimentons ce phénomène fréquemment lorsque nous sommes dépassés par des véhicules d’urgence dont la sirène est activée. Lorsqu’ils s’approchent, les ondes sonores émises par la sirène se contractent et sont perçues comme plus aiguës. Lorsqu’ils s’éloignent, les ondes émises par la sirène s’étirent et semblent plus graves. C’est la même chose avec la lumière, qui est aussi une onde : lorsque les ondes lumineuses sont émises par une étoile qui s’approche de la Terre, elles se contractent et apparaissent plus bleutées, et lorsque l’étoile s’éloigne, elles se dilatent et la lumière devient rouge.