La NASA a indiqué que 5 030 planètes extrasolaires ont été confirmées dans 3 772 systèmes, avec 8 974 autres candidats en attente de confirmation. Avec la mise en ligne d'instruments de nouvelle génération comme le télescope spatial James Webb (JWST), le nombre et la diversité des exoplanètes confirmées devraient croître de façon exponentielle. En particulier, les astronomes prévoient que le nombre de planètes telluriques et de super-Terres connues augmentera considérablement.

Dans les années à venir, les possibilités d'études d'exoplanètes augmenteront considérablement à mesure que des milliers d'autres seront découvertes. Dans une étude récente, une équipe dirigée par l'Académie chinoise des sciences (CAS) a décrit un nouveau concept de télescope spatial connu sous le nom de Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Cet observatoire proposé recherchera des planètes semblables à la Terre dans les zones habitables (HZ) d'étoiles semblables au Soleil dans un rayon d'environ 33 années-lumière (10 parsecs) en utilisant une méthode connue sous le nom d'astrométrie relative à la micro-arcseconde.

La branche de l'astronomie connue sous le nom d'astrométrie consiste à prendre des mesures précises des positions et des mouvements propres des corps célestes en les comparant à des étoiles de référence en arrière-plan. Des exemples de cette méthode incluent l'observatoire Gaia de l'ESA, qui mesure le mouvement d'un milliard d'étoiles dans la Voie lactée (ainsi que de 500 000 quasars distants) depuis 2013. Ces données seront utilisées pour créer la carte tridimensionnelle la plus précise de notre galaxie ait jamais été créée.

Dans ce cas, des chercheurs de l'Académie chinoise des sciences (CAS) et de plusieurs observatoires et universités chinois proposent un télescope spatial qui pourrait prendre des mesures astrométriques de haute précision d'étoiles semblables au soleil pour détecter les exoplanètes qui les orbitent. La mission CHES proposée opérera au point de Lagrange soleil-Terre L2 – où réside actuellement le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA – et observera les étoiles cibles pendant cinq ans. Ces cibles comprendront 100 étoiles situées à moins de 33 années-lumière du système solaire et appartenant aux types F, G et K.

Alors que les étoiles de type F (naines jaunes-blanches) sont plus chaudes, plus brillantes et plus massives que notre soleil, les étoiles de type G (naines jaunes) sont cohérentes avec notre soleil – une étoile G2V de séquence principale. Pendant ce temps, les étoiles de type K (naines orange) sont légèrement plus sombres, plus froides et moins massives que notre soleil. Pour chaque étoile qu'il observe, CHES mesurera les petites perturbations dynamiques induites par les exoplanètes en orbite, ce qui fournira des estimations précises de leurs masses et périodes orbitales.

En tant qu'observatoire spatial, CHES ne subira pas d'interférences dues à la précession et à l'atmosphère de la Terre et pourra effectuer des mesures d'astrométrie suffisamment précises pour tomber dans le domaine de la micro-seconde d'arc. Le Dr Jianghui Ji est professeur au CAS Key Laboratory of Planetary Sciences à Nanjing, à l'Université des sciences et de la technologie, et l'auteur principal de l'étude. Comme il l'a dit à Universe Today par e-mail :

"Pour une planète de masse terrestre à 1 UA autour d'une étoile de type solaire à 10 pc, l'oscillation astrométrique de l'étoile causée par le Earth Twin est de 0,3 micro-arcseconde. Ainsi, la mesure du niveau de la micro-arcseconde est requise. L'astrométrie relative car CHES peut mesurer avec précision la séparation angulaire au niveau de la micro-seconde d'arc entre une étoile cible et 6 à 8 étoiles de référence. Sur la base des mesures de ces minuscules changements, nous pouvons détecter s'il y a des planètes telluriques autour d'eux."

Plus précisément, CHES effectuera les premières mesures directes des vraies masses et inclinaisons des analogues de la Terre et des super-Terres qui orbitent dans la HZ de leurs étoiles et sont considérées comme "potentiellement habitables". La charge utile principale de cette mission, a déclaré le Dr Ji, est un miroir de haute qualité d'un diamètre de 1,2 mètre (ft) et d'un champ de vision (FOV) de 0,44° x 0,44°. Ce miroir fait partie d'un système coaxial à trois miroirs anastigmat (TMA), où trois miroirs incurvés sont utilisés pour minimiser les aberrations optiques.

CHES s'appuie également sur les dispositifs à couplage de charge Mosaic (CCD) et la technique de métrologie laser pour effectuer des mesures astrométriques dans la gamme 500 nm ~ 900 nm, englobant la lumière visible et le spectre proche infrarouge. Ces capacités offriront des avantages significatifs par rapport à la méthode des transits, qui reste le moyen le plus utilisé et le plus efficace pour détecter les exoplanètes. Dans cette méthode, les étoiles sont surveillées pour les baisses périodiques de luminosité, qui sont des indications possibles de planètes passant devant l'étoile (c'est-à-dire en transit) par rapport à l'observateur.

De plus, CHES contribuera à la transition en cours dans les études sur les exoplanètes, où l'accent passe du processus de découverte à la caractérisation. Comme l'a expliqué le Dr Ji :

"Tout d'abord, CHES effectuera une étude approfondie des étoiles de type solaire à proximité à 10 PC de nous et détectera toutes les planètes semblables à la Terre dans la zone habitable via l'astrométrie, dans le cas où la méthode de transit ne peut pas le faire (comme TESS ou PLATO). [Cela] nécessite les orbites latérales des planètes par rapport à la ligne de visée des observateurs.

"Deuxièmement, CHES offrira les premières mesures directes des vraies masses pour les 'Earth Twins' et les super-Terres en orbite autour de nos étoiles voisines, dans lesquelles la masse planétaire compte vraiment pour caractériser une planète. En comparaison, la [méthode des transits] peut généralement fournir le rayon de la planète et doit être confirmé par d'autres méthodes au sol, telles que la vitesse radiale.

"Enfin, CHES fournira des orbites tridimensionnelles (par exemple, des inclinaisons) de planètes terrestres, qui agissent également comme un autre indice crucial impliqué dans la formation et la caractérisation des planètes."

Ces capacités aideront les astronomes à élargir considérablement le recensement actuel des exoplanètes, qui se compose principalement de géantes gazeuses (de type Jupiter ou Saturne), de mini-Neptunes et de super-Terres. Mais avec la résolution et la sensibilité améliorées des instruments de nouvelle génération, les astronomes prévoient que le nombre d'analogues de la Terre augmentera de façon exponentielle. Cela améliorera également notre compréhension de la nature diversifiée des planètes qui orbitent autour d'étoiles semblables au soleil et éclairera la formation et l'évolution du système solaire.

Mais les avantages d'une mission d'astrométrie spatiale de nouvelle génération ne s'arrêtent pas là. Comme l'a indiqué le Dr Ji, il sera en mesure d'aider aux enquêtes qui reposent sur la deuxième méthode de détection d'exoplanètes la plus populaire et la plus efficace, connue sous le nom de méthode de vitesse radiale (alias spectroscopie Doppler). Pour cette méthode, les astronomes observent les étoiles pour des signes de mouvement apparent de va-et-vient ("oscillation") résultant de l'influence gravitationnelle des planètes en orbite. Le Dr Ji a déclaré :« En outre, CHES peut effectuer des mesures conjointes avec des instruments à vitesse radiale de haute précision tels que le télescope extrêmement grand (ELT) et le télescope de trente mètres (TMT). [Il peut également] vérifier les planètes candidates découvertes par [cette méthode], et caractériser avec précision les masses planétaires et les paramètres orbitaux."

Au-delà de cela, CHES aidera à faire avancer les frontières de l'astronomie et de la cosmologie en aidant à la recherche de matière noire, à l'étude des trous noirs et à d'autres domaines de recherche. Cette recherche fournira de nouvelles connaissances sur la physique qui régit notre univers, la formation et l'évolution des systèmes planétaires et les origines de la vie elle-même. D'autres observatoires, tels que le télescope spatial romain Nancy Grace (ainsi que l'ELT et le TMT), pourront mener des études d'imagerie directe sur des exoplanètes plus petites qui orbitent plus près de leurs étoiles, précisément là où les planètes rocheuses HZ devraient se trouver. /P>

Combiné avec des mesures d'astrométrie qui pourraient révéler des centaines d'exoplanètes rocheuses dans les systèmes voisins, les astronomes pourraient être sur le point de trouver la vie au-delà de la Terre. + Explorer plus loin

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