Les sept merveilles de TRAPPIST-1



Les astronomes de l’ULg ont découvert non plus trois mais sept planètes telluriques autour de l’étoile Trappist-1. « Le système Trappist-1 est le plus grand trésor de planètes de taille terrestre jamais détectées autour d’une seule étoile. » Cette découverte, publiée cette semaine dans la revue Nature, relance la quête de la vie dans l’Univers.

Découvert en mai 2016 par une équipe internationale chapeautée par Michaël Gillon, astronome à l’Université de Liège et chercheur qualifié FNRS, le système exoplanétaire TRAPPIST-1 livre de nouveaux secrets. Le suivi intensif du système avec plusieurs télescopes, dont le télescope spatial Spitzer de la NASA, a non seulement renforcé les résultats précédemment obtenus par le télescope liégeois TRAPPIST-Sud, mais a également révélé la présence de quatre autres planètes dans le système, portant désormais leur nombre à sept. Selon les résultats publiés dans la revue Nature, ces sept planètes sont de tailles similaires à celles de la Terre et pourraient abriter de l'eau sous forme liquide à leur surface, surtout trois d'entre elles qui orbitent dans la zone dite "habitable" de l'étoile. TRAPPIST-1 est le système qui possède à la fois le plus grand nombre de planètes telluriques et le plus grand nombre de mondes potentiellement habitables jamais découverts à ce jour. De quoi relancer la quête de la vie dans l’Univers.

Cette découverte s’inscrit dans le cadre du projet SPECULOOS, un nouveau projet plus ambitieux de détection d’exoplanètes potentiellement habitables. Dirigé par Michaël Gillon de l’ULg, ce projet, soutenu par un ERC Starting Grant du Conseil Européen de la Recherche, est dans sa phase finale de préparation sur le site de l'Observatoire Européen Austral de Paranal (ESO) au Chili.

Un système exoplanétaire fascinant

C’est fin 2015 que l’histoire commence, lorsque Michaël Gillon et les membres de son équipe, dont notamment Emmanuël Jehin, astronome à l'ULg, décortiquent les données acquises par le télescope liégeois TRAPPIST-Sud, situé au Chili. Ils venaient de poser l’œil sur un nouveau système exoplanétaire (1). Baptisé TRAPPIST-1, et détecté grâce à la méthode des transits, le système présentait déjà des caractéristiques très intéressantes, à savoir la présence de trois planètes de température et taille similaire à la Terre, propices à une étude détaillée de leurs compositions atmosphériques avec la technologie actuelle.

Les nouvelles observations réalisées en 2016 par l'équipe vont accentuer cet intérêt en révélant au fur et à mesure d'autres planètes. Leur nombre exact et leurs caractéristiques orbitales restaient confus jusqu'à l'automne 2016, lorsque l'équipe a pu utiliser le télescope spatial Spitzer de la NASA pour observer le système en continu durant trois semaines. Ces observations spatiales ont révélé que ce sont en fait sept planètes qui orbitent autour de l'étoile. Ces planètes, nommées TRAPPIST-1b, c, d, e, f, g et h dans l'ordre croissant de leur distance par rapport à leur étoile, présentent toutes des tailles semblables à la Terre. « Le système TRAPPIST-1 est le plus grand trésor de planètes de taille terrestre jamais détectées autour d'une seule étoile, déclare Michaël Gillon. C'est un système planétaire fascinant, non seulement par le nombre de planètes qu’il abrite, mais aussi parce qu'elles présentent des caractéristiques fort similaires à celles de notre Terre ! »

Selon les résultats publiés dans la revue Nature, trois des planètes se trouvent dans la zone habitable du système (2). On entend par « zone habitable » la gamme de distances à une étoile pour laquelle une planète rocheuse comme la Terre pourrait abriter de grandes quantités d'eau liquide sur la majeure partie de sa surface. Et qui dit eau liquide dit vie, du moins sur Terre ! « A titre de comparaison, reprend Michaël Gillon, notre système solaire abrite deux planètes de taille terrestre, dont  une seule, la Terre, dans sa zone habitable. Avec ses sept planètes de taille terrestre, dont trois dans sa zone habitable, TRAPPIST-1  apparaît comme un système planétaire d'une richesse incroyable. Son étude sera passionnante ! »

L'étoile TRAPPIST-1 est une naine ultra-froide, à savoir une étoile bien plus petite et froide que le Soleil. Ceci explique pourquoi, malgré qu'elles soient nettement plus proches de leur étoile que la Terre du Soleil, les planètes du système TRAPPIST-1 pourraient toutes abriter de l’eau liquide sur au moins une partie de leur surface. A cet égard, les trois planètes e, f et g, qui orbitent dans la zone habitable, sont les plus prometteuses. « Alors que les autres planètes du système ne pourraient avoir de l'eau liquide que sur une petite partie de leur surface, ces trois planètes e, f, et g pourraient abriter des océans semblables à ceux de la Terre» explique Julien de Wit, diplômé de l’ULg, actuellement en post-doctorat au MIT et responsable de l’étude de atmosphères des planètes TRAPPIST-1.

Prochaine étape, déterminer la composition des atmosphères

Grâce à leurs données actuelles, les chercheurs ont pu mesurer très précisément le rayon des planètes, mais aussi obtenir une première estimation de la masse de six d'entre-elles. « Nous continuons à observer intensivement le système depuis le sol et l'espace », explique Emmanuël Jehin, astronome à l’Université de Liège et co-responsable du projet TRAPPIST. « Nous devrions disposer prochainement de masses suffisamment précises pour bien contraindre la composition des planètes. De plus, nous espérons déterminer prochainement l'existence et l'étendue de leurs atmosphères. »

Ces observations pourront se faire par l‘intermédiaire du télescope spatial Hubble, mais il faudra attendre le lancement du James Webb Space Telescope, prévu en 2018 par la NASA et l'ESA, pour pousser les recherches encore plus loin et espérer déterminer la composition de ces atmosphères, voir y détecter les signes chimiques d’une activité biologique  à la surface des planètes. « On va pouvoir comparer les planètes les unes aux autres, reprend Michaël Gillon, et faire ce que l’on appelle de la planétologie comparée. D'ici cinq à dix ans, nous devrions en savoir beaucoup plus sur ces planètes : de quoi elles sont faites, comment elles se sont formées, quelles sont leurs conditions de surface, etc. Et, qui sait, peut-être aurons-nous alors détecté des traces de vie sur l'une ou plusieurs d'entre elles ? Si c'est le cas, nous ne regarderons jamais plus les étoiles de la même façon... »

Cette découverte marque un tournant important dans l’exploration spatiale et fait de TRAPPIST-1 une cible importante dans la recherche de vie extraterrestre dans l’Univers, ces mondes représentant nos meilleures chances actuelles de détecter de la vie ailleurs.
 
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(1) M. Gillon, E. Jehin, et al. Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star, Nature, May 2016
(2) Un trio de Terres à 40 années-lumière

Référence

Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1', Nature, 23/02/2017

Auteurs

Michaël Gillon1, Amaury H. M. J. Triaud2, Brice-Olivier Demory3,4, Emmanuël Jehin1, Eric Agol5,6, Katherine M. Deck7, Susan M. Lederer8, Julien de Wit9, Artem Burdanov1, James G. Ingalls10, Emeline Bolmont11,12, Jeremy Leconte13, Sean N. Raymond13, Franck Selsis13, Martin Turbet14, Khalid Barkaoui15, Adam Burgasser16, Matthew R. Burleigh17, Sean J. Carey10, Chris M. Copperwheat18, Laetitia Delrez1,4, Catarina S. Fernandes1, Daniel L. Holdsworth19, Enrico J. Kotze20, Aleksander Chaushev17, Valérie Van Grootel1, Yaseen Almleaky21,22, Zouhair Benkhaldoun15, Pierre Magain1, Didier Queloz4
 
1 Space sciences, Technologies and Astrophysics Research (STAR) Institute, Université de Liège, Belgium


2 Institute of Astronomy, Madingley Road, Cambridge, UK

3 University of Bern, Center for Space and Habitability, Sidlerstrasse, Switzerland


4 Cavendish Laboratory, Cambridge, UK


5 Astronomy Department, University of Washington, Seattle, USA

6 NASA Astrobiology Institute's Virtual Planetary Laboratory, Seattle, USA

7 Department of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, USA

8 NASA Johnson Space Center, Houston, Texas, USA


9 Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA

10 Spitzer Science Center, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA

11 NaXys, Department of Mathematics, University of Namur, Namur, Belgium

12 Laboratoire AIM Paris-Saclay, CEA/DRF - CNRS - Univ. Paris Diderot - IRFU/SAp, France

13 Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, France

14 Laboratoire de Météorologie Dynamique, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Paris, France

15 Laboratoire LPHEA, Oukaimeden Observatory, Cadi Ayyad University/FSSM, Marrakesh, Morocco

16 Center for Astrophysics and Space Science, University of California San Diego, CA, USA

17 Leicester Institute for Space and Earth Observation, Dept. of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK


18 Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, UK

19 Jeremiah Horrocks Institute, University of Central Lancashire, Preston, UK

20 South African Astronomical Observatory, Cape Town, South Africa

21 Space and Astronomy Department, Faculty of Science, King Abdulaziz University, Jeddah, Saudi Arabia

22 King Abdulah Centre for Crescent Observations and Astronomy, Saudia Arabia

A propos de Michaël Gillon

http://reflexions.ulg.ac.be/MichaelGillon

A propos d’Emmanuël Jehin

http://reflexions.ulg.ac.be/EmmanuelJehin

A propos des télescopes TRAPPIST

Installé en 2010 sur le site du Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire Européen Austral (ESO) de La Silla dans le désert chilien de l’Atacama, le télescope TRAPPIST-Sud dispose, depuis 2016, d’un petit frère, le télescope TRAPPIST-Nord installé sur le site de l’Observatoire de l'Oukaimeden au Maroc. Financés par le FNRS et l’Université de Liège le couple de télescopes a pour mission d'une part la détection et l'étude d’exoplanètes (responsable : Michaël Gillon), et d'autre part l'étude des comètes et d’autres petits corps du système solaire, en vue de mieux comprendre la genèse notre système et de notre Terre en particulier (responsable : Emmanuël Jehin)
 
http://www.trappist.ulg.ac.be
Vidéo : TRAPPIST-Nord : inauguration du télescope liégeois dans l’atlas Marocain
https://www.youtube.com/watch?v=wi69Il8B55w

A propos du projet SPECULOOS

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), qui vise à détecter encore plus de systèmes de ce type. 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 dès l'année prochaine une recherche intensive de systèmes planétaires semblables à celui sur lequel les chercheurs viennent de mettre le doigt, toujours par l’intermédiaire de la méthode des transits. « Notre projet prototype ne ciblait qu'un petit échantillon d’étoiles ultra-froides. Dans ce contexte, la découverte de TRAPPIST-1 suggère que les planètes de taille terrestre sont très fréquentes autour ce type d'étoiles. SPECULOOS, qui observera dix fois plus de cibles, et avec une plus grande précision, devrait donc en détecter de nombreuses autres, se plaçant ainsi à l'avant-garde de la recherche de vie ailleurs dans l'Univers» se réjouit Michaël Gillon, à la tête de cet ambitieux nouveau projet, soutenu notamment par le Conseil Européen de la Recherche (ERC).
 
http://speculoos.ulg.ac.be

Références complémentaires

http://thema.ulg.ac.be/Spatial/TRAPPIST-1
http://www.trappist.one