Plusieurs des ingénieurs à l'origine de l'astronautique du XX^e siècle ont dû leur vocation à des ouvrages de science-fiction. Plus généralement, plusieurs vocations scientifiques sont nées de l'espoir que la réalité soit conforme à certains rêves relevant initialement de la fiction. On peut citer les exemples de l'influence des livres d'Arthur Clarke et Ray Bradbury.

Que pouvait-on espérer à cet égard d'une œuvre comme Star Wars avec ses nombreuses exoplanètes permettant la vie ? L'une des plus mythiques des films de la série dès années 1970 est incontestablement celle de Tatooine avec ses deux couchers de soleil.

De fait, de 1995 à 2026, nous avons découvert des exoplanètes autour de plus de 4 500 étoiles et en ce mois de février 2026, le célèbre site de l'Encyclopédie des planètes extrasolaires mentionne que plus de 7 950 exoplanètes sont connues de l'humanité dans la Voie lactée. On savait aussi depuis longtemps que la majorité des étoiles de notre Galaxie sont dans des systèmes binaires et sont souvent des naines rouges et pas des naines jaunes comme notre Soleil.

Coucher de soleil binaire. © Star Wars UK, YouTube

Déjà en 2008, l'astronome Karl Stapelfeldt faisait savoir dans une vidéo de la Nasa qu'il avait trouvé, avec ses collèges, des signes indirects de l'existence de planètes rocheuses associées à des étoiles doubles. Ce sont des données issues des observations dans l'infrarouge du satellite Spitzer qui avaient permis aux chercheurs d'aboutir à cette conclusion. Les capteurs de l'instrument en orbite montraient clairement la présence de poussières devant provenir de collisions entre astéroïdes.

Or, qui dit astéroïdes dit presque nécessairement aussi la présence justement d'exoplanètes rocheuses ayant laissé après leur naissance un disque de débris. On observe de tels disques autour des étoiles Fomalhaut et β Pictoris par exemple, étoiles dont on sait qu'elles possèdent des exoplanètes puisqu’on les a imagées directement.

La vidéo de la Nasa datant de 2008, hélas de qualité médiocre, dans laquelle Karl Stapelfeldt annonce la découverte de Spitzer concernant l'existence de Tatooines. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Jet Propulsion Laboratory, Nasa

Des orbites planétaires stables avec des étoiles doubles ?

On a depuis le sentiment que les exoplanètes autour des étoiles devraient être la règle. On s'interrogeait cependant sur l'existence de ces astres autour d'étoiles faisant partie de systèmes doubles et plus généralement autour des étoiles doubles. Dans le premier cas, les forces de gravitation des deux étoiles ne rendaient-elles pas instables les orbites de potentielles exoplanètes au point d'ailleurs de les rendre impossibles à se former ?

On pouvait se poser aussi des questions sur l'habitabilité des exoplanètes telluriques autour des étoiles. Les variations des orbites et des rotations de ces exoplanètes n'allaient-elles pas souvent provoquer des changements drastiques et chaotiques de climat ou d'habitabilité, transformant par exemple une planète autrefois habitable en planète de glace, et tuant toute vie ?

Des chercheurs travaillant avec les données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (Tess) de la Nasa ont découvert il y a quelques années la première planète circumbinaire de la mission, un monde en orbite autour de deux étoiles. La planète, appelée TOI 1338b, est environ 6,9 fois plus grande que la Terre, soit entre la taille de Neptune et celle de Saturne. Elle se trouve dans un système situé à 1 300 années-lumière, dans la constellation de Pictor. Les étoiles du système forment une binaire à éclipses, qui se produit lorsque les compagnons stellaires tournent autour dans notre plan de vision. L’un est environ 10 % plus massif que notre Soleil, tandis que l’autre est plus froid, plus sombre et ne représente qu’un tiers de la masse du Soleil. Les transits de TOI 1338b sont irréguliers – tous les 93 à 95 jours – et varient en profondeur et en durée grâce au mouvement orbital de ses étoiles. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Goddard Space Flight Center de la Nasa

Ce problème devait être nettement moins grave autour de deux étoiles et pas autour d'une des composantes d'un système binaire. En fait, on a découvert des exoplanètes dans les deux cas... mais seulement 14, observées toutefois lors de transits planétaires (sur des orbites de planètes « circumbinaires ») avec les instruments de Kepler et Tess !

Où étaient donc passées celles que l'on attendait dans le second cas ?

L'astronome Mohammad Farhat, à l'University of California à Berkeley, et son collègue  Jihad Touma, professeur de physique à l'American University de Beyrouth, au Liban, pensent avoir trouvé la solution de l'énigme comme ils l'expliquent dans un article paru dans les célèbres The Astrophysical Journal Letters et dont une version existe en accès libre sur arXiv.

En fait, on avait oublié les leçons issues de la théorie de la relativité générale d'Einstein et de la précession de l'orbite de Mercure en raison de cette théorie ! À l'aide de modèles mathématiques et informatiques, Farhat et Touma ont découvert que la relativité générale avait un effet spectaculaire sur le destin des planètes circumbinaires.

On aboutit alors au scénario représenté dans l'image ci-dessous et commenté dans un communiqué de l'UC à Berkeley.

Explication détaillée du phénomène par lequel les planètes orbitant autour d'une étoile double finissent par adopter une orbite instable et disparaître du système. © Mohammad Farhat, UC Berkeley

Des instabilités orbitales causées par les équations d'Einstein

Tout commence avec l'effondrement d'un nuage moléculaire et poussiéreux sous l'effet de sa propre gravitation et qui se fragmente en plusieurs proto-étoiles entourées de disques d'accrétion. Certaines des étoiles en cours de formation sont cependant déjà membres d'un système binaire - enfin, elles vont migrer pour se rapprocher sous l'effet des interactions entre le disque gazeux pour former un système binaire serré.

Il apparaît alors une zone d'instabilité (la zone en rouge ci-dessus)  autour d'une étoile double, mais qui permet la formation de planète en dehors de cette zone.

En raison de la théorie de la relativité générale d'Einstein, un mouvement de précession de l'orbite des étoiles va se produire alors qu'un autre se produit aussi avec une exoplanète hors de la zone d'instabilité initiale. Mais, dans ce dernier cas, uniquement en raison des perturbations gravitationnelles prédites par la théorie de Newton.

Les forces de marée entre les deux étoiles continuent de les faire se rapprocher, ce qui accélère leur précession mais fait diminuer celle de l'exoplanète jusqu'à ce que les vitesses de précession soient telles qu'il se produit une résonance - comme celle qui permet d'augmenter l'oscillation d'une balançoire lorsqu'on la pousse à la bonne fréquence.

L'orbite de l'exoplanète devient alors de plus en plus elliptique et instable au point qu'elle est soit avalée et détruite par une des étoiles parce qu'elle s'en est trop approchée, soit elle est éjectée - dans les deux cas, parce qu'elle est entrée dans la zone d'instabilité évoquée précédemment.

Cela ne signifie pas pour autant que les étoiles binaires n'ont généralement pas de planètes, bien qu'elles soient plus rares, mais cela implique que les seules qui peuvent survivre au bout des premières dizaines de millions d'années de l'existence de ces étoiles doubles sont celles qui sont trop éloignées de leur étoile pour être détectées par la méthode des transits planétaires utilisée par Kepler et Tess.