Une nouvelle planète tellurique

Alpha du Centaure (ou Alpha Centauri, ou Alpha Cen) est un système stellaire triple. Les trois étoiles qu'il contient sont les plus proches de nous (4.24 année-lumière). Ce système est composé d'une part de deux étoiles de type solaire, Alpha Centauri A et B, séparées d'environ 20 unités astronomiques (UA = distance Terre-Soleil) et d'autre part d'une naine rouge qui orbite loin, à 15 000 UA de la paire A-B. Cette naine rouge se nomme Alpha Centauri C mais est plus connue sous le nom de Proxima du Centaure (ou Proxima Centauri ou tout simplement Proxima) car c'est des trois la plus proche du Soleil.

Comme c'est l'étoile la plus proche de nous, Proxima est bien connue. Elle appartient au type d'étoile le plus abondant de la Galaxie, les naines rouges. Sa température est de 3100 K. C'est une petite étoile dont le rayon et la masse font respectivement fait 14,5% et 12% des valeurs solaires. Elle est 700 fois moins lumineuse que notre étoile. Elle est pourtant presque aussi brillante que le Soleil en rayons X et extrême ultraviolet. Son âge est comparable à celui du Soleil.

Une équipe menée par G. Anglada-Escudé a observé une variation périodique de la vitesse de l'étoile, signe de la présence d'une planète. Cette détection, publiée le 25 Aout 2016 dans le journal Nature se base principalement sur des données recueillies par un télescope de l'ESO au Chilli. Ce dernier est équipé d'un des meilleurs spectromètres actuels pour cet usage, HARPS. Cette planète, appelée Proxima b, fait au moins 1.27 fois la masse de la Terre et orbite à une distance de 0.05 AU de son étoile. Cela pourrait sembler proche, mais en prenant en compte la faible luminosité de l'étoile, la planète re çoit seulement 65 à 70% de l'énergie reçue par la Terre du Soleil. La masse réelle de la planète dépend de la géométrie de l'orbite et est encore inconnue. Il reste cependant très probable qu'elle soit tellurique.

Est-elle habitable ?

Cette découverte majeure est accompagnée par une série de travaux plus approfondies sur cette question. une équipe d'astrophysiciens Français, Espagnols, Belges, Allemands, Anglais et Américains a étudié la possibilité que cette nouvelle planète soit habitable, c.a.d. qu'elle puisse posseder de l'eau liquide à sa surface Ces travaux ont été soumis pour publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.

L'évolution de l'étoile et de sa planète.

Si proxima b est actuellement dans la zone habitable de son étoile, cela n'a pas toujours été le cas. Son étoile a évolué très différemment du Soleil. Au début de sa vie, la luminosité de Proxima Cen a diminué très fortement avant d'atteindre la valeur actuelle. à cette époque, la planète recevait donc beaucoup plus d'énergie qu'aujourd'hui. La planète était sans doute beaucoup plus chaude, comme Venus, toute son eau était évaporée dans l'atmosphère, et vulnérable à un échappement massif dans l'espace. Comme Proxima, de même que toutes les étoiles peu massives, emmet beaucoup de rayonnements UV et X qui participent à cet échappement, il est très possible que la planète aie perdu une quantité significative de son inventaire d'eau initial.

Habitable Zone

Deux scénarios pour l'évolution passée de Proxima b. Elle pourrait avoir perdu toute son atmosphère et son eau avant de se refroidir (une fois dans la zone habitable), ou elle pourrait avoir garder de l'eau jusqu'à aujourd'hui.

Les climats possibles sur Proxima b

En se basant sur l'hypothèse oł la planète aurait gardé de l'eau et une atmosphère, bien qu'en quantités encore inconnues, cette équipe a aussi exploré la diversité des climats possibles sur cette planète. à cette fin, les chercheurs ont utilisé un simulateur numérique de climat 3D similaire à ceux utilisés pour étudier le climat terrestre. Ce simulateur inclut cependant toutes les caractéristiques de la planète pertinentes pour son climat.

Par exemple, à cause de la proximité de la planète à son étoile, les forces exercées par les marées (les même que sur Terre), sont assez fortes pour ralentir la rotation de la planète et ne permettent que deux états finaux possibles pour al planète. Dans un premier cas, la planète est en rotation synchrone : sa rotation sur elle même c'est synchronisé sur/est égale à la période orbitale. Comme la Lune autour de la Terre, la planète montrerait toujours la même face à son étoile. Dans un second cas, la planète tourne sur elle même exactement 3 fois toutes les 2 orbites. C'est la résonance dite 3:2, comme Mercure).

Les simulations numériques montrent que de l'eau liquide est possible dans une grande variété de cas. Le facteur clé reste la quantité d'eau disponible à la surface.

Synchronous

Résultat d'une simulation numérique montrant la température de surface sur Proxima b réalisée grâce au modèle de climat du Laboratoire de Météorologie Dynamique. Ici, on fait l'hypothèse que la planète possède un océan global et une atmosphère similaire à celle de la Terre. La ligne pointillé montre la démarcation entre la banquise (dans les régions froides) et l'océan (dans les régions chaudes). La planète est en rotation synchrone et est vue par un observateur qui en ferait lentement le tour.

Asynchronous






Comme ci-dessus mais pour le cas de la planète piégée dans la résonance 3:2 (3 rotations de la planète pour chaque révolution autour de l'étoile).

Diagram

La prochaine étape, voir la planète directement

Avec les instruments à venir on peut d'ores et déjà prévoir des observations pour caractériser la planète. Avec le télescope spatial James Webb qui sera lancé en 2018 on pourra tenter de voir les modulations de l'émission infrarouge du système étoile+planète dues au fait que la planète nous présente au cours de son orbite alternativement son côté éclairé et son côté nuit. S'il n'y a pas ou peu d'atmosphère le côté nuit sera froid et le signal sera donc modulé et détectable. Ce sera une observation difficile en raison de la variabilité de l'étoile Proxima. La perspective la plus excitante est celle offerte par l'E-ELT ce télescope géant au miroir de 39 m que l'Europe commence à construire au Chili. Sa grande résolution spatiale lui permettra de distinguer Proxima b de son étoile et on pourra alors étudier non seulement le mouvement orbital de la planète mais déterminer s'il y a une atmosphère et, si oui, sa composition.

Proxima b, une Terre 2.0 ?

Non. Même si Proxima b pourrait être une candidate viable au titre de planète habitable, elle n'est surement pas une jumelle de la Terre. Son histoire a été radicalement différente de celle de notre planète. Elle orbite une étoile très différente, et notamment très active. Sa rotation est très lente, et possiblement synchrone, ce qui entrainerait la présence d'hémisphères jour et nuit permanents.