Par Andy Tomaswick
3 avril 2026
Source et informations
complémentaires : https://www.universetoday.com/articles/the-habitable-worlds-observatory-will-need-astrometry-to-find-life
Nous nous rapprochons de plus en plus de la découverte d'une véritable
exoplanète semblable à la Terre. Mais en trouver une ne représente que la
moitié du chemin. Pour être absolument certains qu'il s'agit d'un analogue de
la Terre ailleurs dans la galaxie, il nous faut également l'imager directement.
C'est la mission de l'Observatoire des Mondes Habitables (HWO), un télescope
spatial en projet dont la fonction principale est précisément celle-ci. Mais
même la capture d'une image et l'obtention de données spectrales sur la
composition chimique de son atmosphère ne suffisent pas, d'après un article
récemment publié en prépublication sur arXiv par Kaz Gary de l'Université
d'État de l'Ohio et ses co-auteurs. HWO devra d'abord déterminer la masse de la
planète.
Cependant, c'est plus facile à dire qu'à faire. L'article explique pourquoi
une mesure de la masse planétaire à 10 % près est essentielle pour déterminer
si une planète est habitable ou non. Sans cette précision, les modèles utilisés
pour identifier les gaz constitutifs de l'atmosphère se heurtent à un problème
que les mathématiciens appellent sans détour « dégénérescence ». Dans
ce cas précis, la dégénérescence signifie qu'il serait impossible d'identifier
le gaz dominant dans l'atmosphère d'une planète ; or, la distinction entre
l'azote (comme dans notre atmosphère) et le CO₂ (comme dans celle de Vénus)
est cruciale.
Actuellement, la méthode de référence pour mesurer la masse des exoplanètes
est la vitesse radiale (VR). Celle-ci mesure la variation spectrale de la
surface d'une étoile sous l'effet de la gravité d'une exoplanète. Cependant, la
mesure de cette valeur est notoirement difficile. Une exoplanète de la taille
de la Terre orbitant autour d'une étoile semblable au Soleil produit un signal
de VR de seulement 9 cm/s, un signal extrêmement faible facilement masqué par
l'activité de surface de l'étoile.
Pour ne rien arranger, la vitesse radiale est pratiquement inutilisable
pour une grande partie des étoiles que HWO observera. Environ 30 % des étoiles
cibles de l'observatoire sont des étoiles chaudes et en rotation de type A et
F. Ces étoiles possèdent des photosphères chaudes avec très peu de raies
spectrales distinctives. De plus, leur rotation est si rapide que les rares
données disponibles sont facilement brouillées. En conséquence, des mesures de
vitesse radiale de haute précision sont impossibles pour environ 30 % des
étoiles cibles de HWO.
Voici l'astrométrie. Cette approche alternative exploite l'oscillation
latérale d'une étoile cible, induite par la planète qui orbite autour d'elle,
par rapport aux étoiles environnantes. Elle présente l'avantage majeur d'être
particulièrement utile pour les étoiles actives que la méthode des vitesses
radiales ne permet pas d'observer, car il est beaucoup plus simple de suivre
leurs mouvements latéraux que d'observer les variations de leurs signatures
spectrales.
Mais cela comporte son lot de défis, qui, sans surprise, concernent
principalement la précision. Le signal astrométrique d'une planète semblable à
la Terre située à 10 parsecs est d'environ 0,3 microseconde d'arc, soit 0,3
millionième de seconde d'arc. Sachant qu'il y a 1 296 000 secondes
d'arc dans le ciel nocturne, on comprend mieux l'extrême précision requise pour
cet instrument.
La NASA présente les capacités de l'HWO. Crédit : Chaîne YouTube du centre
Goddard de la NASA
Pour détecter un décalage aussi infime, l'instrument à haute résolution de
HWO dépendra fortement de la présence d'étoiles d'arrière-plan. En effet, la
principale limite de l'astrométrie est liée au « bruit photonique » des étoiles
d'arrière-plan, qui dépend entièrement de leur nombre. Autrement dit, la
direction d'observation de HWO aura une incidence considérable. Si l'instrument
est pointé vers le bord de la galaxie, l'arrière-plan stellaire est clairsemé
et l'incertitude devient extrêmement élevée. En revanche, s'il est pointé vers
le plan galactique, la densité d'étoiles est telle que l'incertitude reste
faible.
Les chercheurs ont simulé la quantité d'étoiles d'arrière-plan dans
plusieurs scénarios et ont conclu que, pour obtenir les informations
nécessaires sans introduire trop de bruit dans l'instrument, il était
préférable de choisir le filtre optimal afin de minimiser l'incertitude
astrométrique. Ce choix repose sur un équilibre entre la densité stellaire et
la limite de diffraction. Ils suggèrent d'utiliser la bande G de Gaia, la
principale bande optique large utilisée par le satellite Gaia de l'Agence spatiale
européenne, qui cartographie actuellement la position de plus d'un milliard
d'étoiles dans notre galaxie. Cette bande offre un compromis idéal entre les
grandes longueurs d'onde, comme l'infrarouge, où la limite de diffraction de
l'instrument HWO se dégrade, et les courtes longueurs d'onde, où le nombre
d'étoiles d'arrière-plan utilisables comme références est plus faible.
Ainsi, disposant d'une mesure, d'une direction et d'une bande spectrale,
HWO n'a plus qu'à lancer une campagne d'observations. Les auteurs proposent un
relevé astrométrique dédié de 200 jours, réparti sur les cinq années de la
mission principale de HWO. En effectuant une centaine d'observations de chaque
étoile cible, HWO pourrait mesurer avec succès la masse d'une quarantaine de
planètes semblables à la Terre situées dans la zone habitable, avec la
précision requise de 10 %.
Le projet HWO est encore loin d'être réalisé et ne sera probablement pas
lancé avant le début des années 2040 au plus tôt. Mais, en combinant une
photométrie avancée à une astrométrie ultra-précise, nous pourrions enfin
trouver le trésor ultime dont rêvent les astronomes depuis des siècles :
une autre planète habitable.
Apprendre encore plus :
K. Gary et al. - Masses des planètes potentiellement habitables
caractérisées par l'Observatoire des mondes habitables
UT - L'ingénierie optique nécessaire pour
photographier un jumeau terrestre
UT - Le HWO doit être d'une précision picométrique
pour observer la Terre 2.0
UT - HWO pourrait trouver des signes irréfutables de
vie sur des exoplanètes
 Ingénieur de formation, il aime se concentrer sur les défis pratiques de l'exploration spatiale, qu'il s'agisse d'éliminer les perchlorates sur Mars ou de fabriquer des miroirs ultra-lisses pour recueillir des données toujours plus précises. Lorsqu'il n'écrit pas ou ne conçoit pas, il aime s'occuper de sa femme, de ses quatre enfants, de ses six chats et de ses deux chiens, ou faire du jogging pour garder la forme. |
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