Des scientifiques de l'Institut Max Planck de recherche sur le système solaire (MPS), l'Université Georg August de Göttingen, et l'observatoire Sonneberg ont découvert 18 planètes de la taille de la Terre au-delà du système solaire. Les mondes sont si petits que les enquêtes précédentes les avaient négligés. L'un d'eux est l'un des plus petits connus à ce jour; un autre pourrait offrir des conditions favorables à la vie. Les chercheurs ont ré-analysé une partie des données du télescope spatial Kepler de la NASA avec une nouvelle méthode plus sensible qu'ils ont développée. L'équipe estime que leur nouvelle méthode a le potentiel de trouver plus de 100 exoplanètes supplémentaires dans l'ensemble de données de la mission Kepler. Les scientifiques décrivent leurs résultats dans la revue Astronomie &Astrophysique .

Un peu plus de 4000 planètes en orbite autour d'étoiles en dehors de notre système solaire sont connues à ce jour. Parmi ces soi-disant exoplanètes, environ 96 pour cent sont nettement plus grands que notre Terre, la plupart d'entre eux plus comparables aux dimensions des géantes gazeuses Neptune ou Jupiter. Ce pourcentage ne reflète probablement pas les conditions réelles dans l'espace, cependant, car les petites planètes sont beaucoup plus difficiles à traquer que les grandes. De plus, les petits mondes sont des cibles fascinantes dans la recherche de semblables à la Terre, planètes potentiellement habitables en dehors du système solaire.

Les 18 mondes nouvellement découverts entrent dans la catégorie des planètes de la taille de la Terre. Le plus petit d'entre eux n'a que 69 % de la taille de la Terre; le plus grand fait à peine plus de deux fois le rayon de la Terre. Et ils ont une autre chose en commun :les 18 planètes n'ont pas pu être détectées jusqu'à présent dans les données du télescope spatial Kepler. Les algorithmes de recherche courants n'étaient pas assez sensibles.

Dans leur quête de mondes lointains, les scientifiques utilisent souvent la méthode dite du transit pour rechercher des étoiles présentant des baisses de luminosité périodiques. Si une étoile a une planète dont le plan orbital est aligné avec la ligne de mire de la Terre, la planète occulte une petite fraction de la lumière stellaire lorsqu'elle passe devant l'étoile une fois par orbite.

"Les algorithmes de recherche standard tentent d'identifier les baisses soudaines de luminosité, " explique le Dr Rene Heller de MPS, premier auteur des publications en cours. "En réalité, cependant, un disque stellaire apparaît légèrement plus foncé au bord qu'au centre. Quand une planète passe devant une étoile, il bloque donc initialement moins la lumière des étoiles qu'à la mi-temps du transit. La gradation maximale de l'étoile se produit au centre du transit juste avant que l'étoile redevienne progressivement plus lumineuse, " il explique.

Les grandes planètes ont tendance à produire des variations de luminosité profondes et claires de leurs étoiles hôtes, de sorte que la variation subtile de luminosité du centre aux membres de l'étoile joue à peine un rôle dans leur découverte. Petites planètes, cependant, présentent aux scientifiques d'immenses défis. Leur effet sur la luminosité stellaire est si faible qu'il est extrêmement difficile de les distinguer des fluctuations naturelles de la luminosité de l'étoile et du bruit qui accompagne nécessairement tout type d'observation. L'équipe de René Heller a maintenant pu montrer que la sensibilité de la méthode transit peut être considérablement améliorée, si une courbe de lumière plus réaliste est supposée dans l'algorithme de recherche.

"Notre nouvel algorithme permet de dresser une image plus réaliste de la population d'exoplanètes dans l'espace, " résume Michael Hippke de Sonneberg Observatory. " Cette méthode constitue une avancée significative, en particulier dans la recherche de planètes semblables à la Terre."

Les chercheurs ont utilisé les données du télescope spatial Kepler de la NASA comme banc d'essai pour leur nouvel algorithme. Dans la première phase de mission de 2009 à 2013, Kepler a enregistré les courbes de lumière de plus de 100, 000 étoiles, résultant en la découverte de plus de 2300 planètes. Après un défaut technique, le télescope devait être utilisé dans un mode d'observation alternatif, appelé la mission K2, mais il a néanmoins surveillé plus de 100 autres, 000 étoiles d'ici la fin de la mission en 2018. Comme premier échantillon de test pour leur nouvel algorithme, les chercheurs ont décidé de ré-analyser les 517 étoiles de K2 qui étaient déjà connues pour héberger au moins une planète en transit.

En plus des planètes précédemment connues, les chercheurs ont découvert 18 nouveaux objets qui avaient auparavant été négligés. « Dans la plupart des systèmes planétaires que nous avons étudiés, les nouvelles planètes sont les plus petites, " Le co-auteur Kai Rodenbeck de l'Université de Göttingen et MPS décrit les résultats. De plus, la plupart des nouvelles planètes orbitent autour de leur étoile plus près que leurs compagnons planétaires connus auparavant. Les surfaces de ces nouvelles planètes ont donc probablement des températures bien supérieures à 100 degrés Celsius; certains ont même des températures allant jusqu'à 1000 degrés Celsius. Un seul des corps fait exception :il orbite probablement autour de son étoile naine rouge dans la zone dite habitable. A cette distance favorable de son étoile, cette planète peut offrir des conditions dans lesquelles de l'eau liquide pourrait se produire à sa surface, l'une des conditions préalables de base à la vie telle que nous la connaissons sur Terre.

Bien sûr, les chercheurs ne peuvent exclure que leur méthode, trop, est aveugle aux autres planètes dans les systèmes qu'ils ont étudiés. En particulier, les petites planètes éloignées de leurs étoiles hôtes sont connues pour être problématiques. Ils ont besoin de plus de temps pour terminer une orbite complète que les planètes en orbite plus proche de leurs étoiles. En conséquence, les transits de planètes en orbites larges se produisent moins souvent, ce qui rend leurs signaux encore plus difficiles à détecter.

La nouvelle méthode développée par Heller et ses collègues ouvre des possibilités fascinantes. En plus des 517 étoiles actuellement étudiées, la mission Kepler propose également des ensembles de données pour des centaines de milliers d'autres étoiles. Les chercheurs supposent que leur méthode leur permettra de trouver plus de 100 autres mondes de la taille de la Terre dans les données de la mission principale Kepler. "Cette nouvelle méthode est également particulièrement utile pour préparer la prochaine mission PLATO qui sera lancée en 2026 par l'Agence spatiale européenne, " précise le Pr Dr Laurent Gizon, Directeur général chez MPS. PLATO découvrira et caractérisera de nombreux autres systèmes multiplanétaires autour d'étoiles semblables au Soleil, dont certains seront capables d'abriter la vie.