Aujourd'hui, en mars 2026, plus de 8 030 exoplanètes sont connues de la noosphère dans la Voie lactée, comme on peut s'en convaincre en consultant le célèbre site de l'Encyclopédie des planètes extrasolaires, fondé en 1995, par l'astronome Jean Schneider de l'observatoire de Paris. Pour faire connaissance avec ces planètes et la façon dont on peut les étudier, on pourra consulter grâce au CEA plusieurs vidéos formant une websérie.

On y apprend par exemple que l'une des principales méthodes pour la détection des exoplanètes est celle du transit planétaire. Il faut avec elle dresser ce que l'on appelle la courbe de lumière d'une étoile, c'est-à-dire mesurer l'évolution de sa luminosité au cours du temps. Quand une exoplanète passe à répétition devant une étoile pour un observateur donné, celui-ci va constater une diminution périodique de la luminosité, un creux dans la courbe de lumière qui se répète et dont on peut déduire la taille du corps occultant et sa période orbitale.

Il faut cependant faire attention. En effet, certaines étoiles sont variables, avec là aussi des variations périodiques de la luminosité, de sorte que les astrophysiciens doivent veiller à ne pas se laisser tromper par ces étoiles variables. Une solution simple consiste justement à ne surveiller que des étoiles qui ne sont pas ou seulement faiblement variables.

Les méthodes de détection des exoplanètes se sont largement diversifiées depuis les années 1990. Elles peuvent se classer en deux grandes catégories, les méthodes directes et les méthodes indirectes. Les trois méthodes principales sont la méthode directe d’imagerie, la méthode indirecte du transit et la méthode indirecte de la vitesse radiale. © CEA Recherche

Une découverte par sérendipité

L'étude des étoiles variables est en soi un domaine de recherche de l'astrophysique et, initialement, c'était ce à quoi était occupé Anastasios Tzanidakis, doctorant en astronomie à l'Université de Washington (UW) et travaillant avec James Davenport, professeur adjoint de recherche en astronomie à l'Université de Washington.

Anastasios Tzanidakis analysait des données d'observations archivées datant de 2020 lorsqu'il a découvert des bizarreries avec l'étoile Gaia20ehk, qui se situe à environ 11 000 années-lumière du Système solaire, près de la constellation de la Poupe sur la voûte céleste (elle tire son nom du programme Gaia Photometric Science Alerts (« Alertes Gaia »), un relevé photométrique transitoire de l'ensemble du ciel, basé sur les mesures répétées et de haute précision effectuées par le satellite Gaia).

Dans un communiqué de l'UW, Tzanidakis explique ce qui l'a rendu perplexe après avoir cherché d'autres données prises également il y a quelques années : « La luminosité de l'étoile était régulière et stable, mais à partir de 2016, elle a connu trois baisses de luminosité. Puis, vers 2021, son comportement est devenu complètement erratique. Je ne saurais trop insister sur le fait que les étoiles comme notre Soleil ne font pas cela. Alors, quand nous avons observé ce phénomène, nous nous sommes dit : "Mais que se passe-t-il ?" »

Gaia20ehk, aussi appelée Gaia-GIC-1, est non seulement encore sur la fameuse séquence principale, mais est aussi une étoile de type F, c'est-à-dire une étoile jaune-blanc de la séquence principale. Ces étoiles ont une température de surface qui varie entre 6 000 et 7 600 K et des masses comprises entre 1,05 et 1,4 masse solaire. Autant dire que comme notre Soleil auquel elles ressemblent, elles sont plutôt très stables et pas en mesure d'avoir les variations de luminosité découvertes par Tzanidakis.

Toutefois, lui et James Davenport pensent avoir la clé de l'énigme, comme ils l'expliquent dans un article publié dans The Astrophysical Journal Letters et dont une version en accès libre existe aussi sur arXiv.

L'étoile Gaia20ehk, visible ici au centre du réticule orange sur l'image insérée, se situe à environ 11 000 années-lumière de la Terre, près de la constellation de la Poupe. © Nasa, NSF NOIRLab

Une fenêtre ouverte sur le passé de la naissance de la Lune ?

En effet, on pouvait attribuer les variations de luminosité observées au passage de nuages de roches et de poussières. Mais comment en être sûr ? Pas si simple mais pour y voir plus clair, Davenport a suggéré d'utiliser les données archivées dans l'infrarouge plutôt que la lumière visible, notamment celles du Wide-field Infrared Survey Explorer (Wise).

« La courbe de lumière infrarouge était complètement inverse à celle de la lumière visible. Alors que la lumière visible commençait à vaciller et à faiblir, la lumière infrarouge augmentait brusquement. Cela pourrait signifier que la matière occultant l'étoile est extrêmement chaude - si chaude qu'elle émet de la lumière infrarouge », explique Tzanidakis toujours dans le communiqué de l'UW.

Compte tenu de la jeunesse de l'étoile Gaia-GIC-1, le scénario qui semble le mieux expliquer les observations, c'est celui où les instruments de la noosphère ont surpris une collision cataclysmique entre exoplanètes - collision qui aurait produit suffisamment de chaleur pour expliquer cette énergie infrarouge.

En fait, il y a des raisons de penser que cette collision aurait été analogue, il y a environ 11 000 ans, à celle entre la Terre et Théia moins de 100 millions d'années après la naissance du Système solaire, collision à l'origine de la Lune !

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Les variations étonnantes de la luminosité de Gaia-GIC-1 « pourraient être dues au rapprochement progressif des deux planètes en spirale. Au début, il y a eu une série d'impacts rasants, qui n'ont pas produit beaucoup d'énergie infrarouge. Puis, il y a eu leur collision catastrophique, et l'émission infrarouge a alors explosé », ajoute Tzanidakis.

Une simulation de la Nasa et de l'Université de Durham propose une théorie différente sur l'origine de la Lune : la Lune se serait formée en quelques heures, lorsque des matériaux provenant de la Terre et d'un corps de la taille de Mars ont été lancés directement en orbite après l'impact. Les simulations utilisées dans cette recherche sont parmi les plus détaillées du genre, fonctionnant à la plus haute résolution de toutes les simulations réalisées pour étudier l'origine de la Lune ou d'autres impacts géants. © Nasa, Université de Durham, Jacob Kegerr

Un outil pour l'exobiologie ?

Ce qui est aussi fascinant, c'est que le nuage de poussière et de roche probablement en orbite autour de Gaia-GIC-1 est à environ une unité astronomique, soit la même distance entre le Soleil et la Terre. À cette distance, la matière pourrait finir par se refroidir suffisamment pour se solidifier et former un système similaire à celui de la Terre et de la Lune. On aurait là une sorte de laboratoire en direct, ou presque, pour tester nos idées sur ce qui s'est vraiment passé lors de la collision entre la Terre et Théia.

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C'est tout aussi fascinant pour l'exobiologie, car comme le rappelle Davenport dans le communiqué : « Quelle est la rareté de l'événement qui a donné naissance à la Terre et à la Lune ? Cette question est fondamentale en astrobiologie. La Lune semble être l'un des ingrédients magiques qui rendent la Terre propice à la vie. Elle contribue à protéger la Terre de certains astéroïdes, elle est à l'origine des marées océaniques et des phénomènes météorologiques qui permettent aux interactions chimiques et biologiques de se produire à l'échelle planétaire, et elle pourrait même jouer un rôle dans l'activité des plaques tectoniques. Pour l'instant, nous ignorons la fréquence de ces dynamiques. Mais si nous détectons davantage de collisions de ce type, nous commencerons à y voir plus clair. »

On en saura peut-être plus dans les années à venir avec les données collectées sur les événements transitoires dans le ciel avec l'observatoire Vera C. Rubin.

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