Que sait-on de LHS 475b, l'exoplanète jumelle de la Terre ?

Il s’agit d’une première dans l’histoire de l’exploration spatiale. Grâce aux données rassemblées par le projet Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), une équipe de l’université Johns Hopkins a pu confirmer la présence d’une exoplanète rocheuse à 41 années-lumière de la Terre.

À l’origine, la présence de LHS 475b a été supposée en raison d’une diminution de la luminosité de son étoile. Le satellite TESS repose en effet sur la détection de ce type de phénomène, qui peut s’expliquer par la présence d’une comète ou d’une planète.

« Au début, c’était une planète candidate, parce que sa petite taille donnait un signal assez faible », raconte le Dr. Guangwei Fu, chercheur assistant de l’équipe responsable de la découverte. « Nous avons tout de même décidé de poursuivre avec le télescope spatial James Webb (JWST) pour confirmer s’il s’agissait bien d’une planète, grâce à son orbite et son passage récurrent devant l’étoile, et non d’une interférence due à une étoile proche. »

Le télescope James Webb est le tout dernier télescope spatial de la NASA, développé en collaboration avec l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’agence spatiale canadienne (CSA). Son lancement s’est fait le 25 décembre 2021 et il est arrivé à son poste d’observation courant janvier 2022.

Tout comme son prédécesseur Hubble, le JWST a pour mission d’observer l’espace. Pour ce faire, l’observatoire spatial utilise un outil appelé NIRSpec, un spectrographe à infrarouge extrêmement puissant qui lui permet de collecter des images à des distances qui n’avaient encore jamais été atteintes.

UNE PLANÈTE D’UNE INQUIÉTANTE ÉTRANGETÉ 

L’une des premières caractéristiques à être ressorties des observations de LHS 475b est certainement sa taille : bien qu’elle apparaisse très petite, elle fait en réalité 99 % de la taille de notre planète. La faiblesse du signal est due à sa proximité avec son étoile, LHS 475.

« [LHS 475b] bloque 0,1 % de la lumière de son étoile lors de son transit [entre elle et le JWST] », explique Dr. Fu. « C’est à partir de ça que nous avons pu déterminer la taille de la planète. C’est un phénomène similaire à une éclipse solaire, mais en beaucoup plus petit. »

Une autre caractéristique étonnante est la température à sa surface, qui environne les 600 K (degrés Kelvin), soit plus de 300 °C. À titre de comparaison, selon l’astronome, la température moyenne de la Terre ne dépasse pas les 280 à 300 K, soit entre 7 et 25 °C.

Si LHS 475b a une taille quasi identique à notre planète, il est donc impensable d’envisager y trouver une forme de vie. L’exoplanète est tellement proche de sa petite étoile que le temps nécessaire pour compléter son orbite est de seulement deux jours.

L’étoile LHS 475 est en effet une naine rouge, elle fait partie d’une famille d’étoiles invisibles à l’œil nu depuis la Terre. Ces dernières sont en moyenne sept fois plus petites que notre Soleil, mais sont régulièrement entourées de planètes rocheuses. C’est notamment le cas de l’étoile TRAPPIST-1, dont la zone habitable abrite trois à six planètes. La zone habitable « est une sphère théorique entourant une étoile et où la température à la surface des planètes y orbitant permettrait l’apparition d’eau liquide. »

Malheureusement pour LHS 475b, son étoile est bien trop proche pour pouvoir espérer entrer en zone habitable.

VOIR AU-DELÀ DES ÉTOILES

Depuis janvier 2022, le télescope James Webb est en orbite autour du Soleil sur une position particulière dans l’espace appelée « point de Lagrange L2 », à 1 500 000 kilomètres de la Terre. Là-bas, le télescope est dans l’ombre de la Terre, tourné vers l’espace.

Grâce à cette orientation et à ses outils d’observation, il est capable de prendre des images à plusieurs années-lumière de distance, telles que les magnifiques images révélées au mois de juillet 2022. Succédant à Hubble, lancé en 1990, le JWST aura également pour rôle d’observer les toutes premières galaxies et d’étudier les origines de l’Univers.

Autre mission du JWST : confirmer ou infirmer la présence d’exoplanètes potentiellement détectées depuis la Terre, telles que LHS 475b. Pour cela, il utilise le système Integrated Science Instrument Module (ISIM), composé de quatre outils différents qui recourent tous à la détection des infrarouges, il s’agit de l’un des composants principaux de l’observatoire spatial.

« L’avantage du [télescope] James Webb, c’est qu’il est extrêmement grand. Son miroir principal fait 6,5 mètres de diamètre […] tandis que celui de Hubble faisait 2,5 mètres », décrit Guangwei Fu. « La qualité des données est proportionnelle à la quantité de lumière que le télescope peut rassembler. Comme le James Webb est trois fois plus gros [que Hubble], il a neuf fois plus de surface de collecte. » 

Une fois détectée, la lumière peut ensuite être traitée par différents instruments d’analyse portés par le télescope. L’objectif est de créer une signature lumineuse spécifique à chaque astre.

Dans le cas de la planète LHS 475b, les observations ont été effectuées par le NIRSpec, conçu par l’Agence spatiale canadienne et la NASA. Lourd de presque 220 kilogrammes, l’appareil permet de déterminer plusieurs informations sur les astres observés à partir de leur spectre lumineux, telles que leur taille, leur composition chimique, ou encore leur température.

« Cette observation a été effectuée à une longueur d’onde de 3,5 microns. C’est une lumière située dans l’infrarouge, que l’œil humain n’est pas capable de voir », explique l’astronome. « À partir des longueurs d’onde captées, nous obtenons différentes informations spectrales. Chaque espèce chimique a sa propre longueur d’onde. L’objectif était de trouver de l’eau et du dioxyde de carbone. »

À l’aide des données spectrométriques, les chercheurs ont pu rassembler suffisamment d’informations sur la composition de l’atmosphère de LHS 475b. Si les spécialistes ont d’abord pensé que LHS 475b possédait une épaisse atmosphère de méthane, les résultats des analyses semblent à présent pointer dans une autre direction.

« Nous avons fait passer les données dans plusieurs modèles et, pour l’instant, nous n’avons pas trouvé de trace de méthane ou de dioxyde de carbone », ajoute le chercheur. « Nous devons encore réaliser d’autres analyses, mais les données semblent correspondre à une planète sans atmosphère, ou alors avec une atmosphère très fine, comme celle de Mars. »

Suite à ces découvertes, un autre cycle d’observation est prévu cet été, toujours à l’aide du télescope James Webb, lorsque ce dernier sera à nouveau aligné avec la planète. Il sera alors possible pour les chercheurs de confirmer leurs théories au sujet de l’atmosphère de LHS 475b.

« À plus grande échelle, LHS 475b est juste l’une des cibles du James Webb Program », conclut Guangwei Fu. « L’objectif est d’étudier toutes ces petites planètes rocheuses autour de petites étoiles du même genre afin de déterminer si elles ont des atmosphères, et de quoi elles sont constituées. »