Combien y a t-il de planètes dans notre galaxie?

La région centrale de notre galaxie, la Voie Lactée. photo Serge Brunier

Pour la première fois, une équipe scientifique française vient d’estimer le nombre de planètes existant dans notre galaxie, la Voie lactée. Arnaud Cassan, Jean-Philippe Beaulieu, Pascal Fouqué et leurs collaborateurs de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) et de l’Observatoire européen austral (ESO) estiment, dans le journal scientifique Nature, qu’il existe environ 1,6 fois plus de planètes que d’étoiles dans la Voie lactée… Nous verrons plus loin ce qu’il faut penser de cette première estimation.

Fixons d’abord les idées : si la Voie lactée, comme on le pense aujourd’hui, compte environ 150 milliards d’étoiles, il y aurait, au moins, 240 milliards d’exoplanètes à découvrir dans notre galaxie !

Un nombre absolument vertigineux, lorsque l’on sait qu’aujourd’hui, nous connaissons à peine plus de… 700 exoplanètes ! Comment les chercheurs sont-ils arrivés à cette estimation ? En dépouillant statistiquement les observations de millions d’étoiles de la Voie lactée, réalisées 24 heures sur 24 ou presque, six ans durant, entre 2002 et 2007…

Depuis une douzaine d’années, différents groupes d’observateurs (MOA, OGLE, µFUN *) observent, toutes les nuits claires, à l’aide de petits télescopes à grand champ, les régions stellaires saturées d’étoiles du bulbe galactique. La localisation de ces observatoires, au Chili, aux Etats-Unis, en Nouvelle-Zélande, en Afrique du Sud, etc, assure une couverture quasi continuelle du ciel, sauf, bien sûr, quand la météo n’est pas propice ou lorsque le Soleil s’invite dans le champ d’observation, une fois par an. L’objectif ? Détecter un phénomène étonnant, rarissime, dû à la nature dynamique de l’espace : un effet de lentille gravitationnelle. Ce phénomène, prévu par la théorie de la relativité générale d’Einstein, intervient lorsque deux étoiles, situées à des centaines d’années-lumière l’une de l’autre, se trouvent parfaitement alignées avec la Terre. L’étoile d’avant-plan, dite « microlentille », déforme l’espace autour d’elle, lequel agit, de fait, comme une lentille optique. La lumière de l”étoile d’arrière-plan, passant à travers cette lentille naturelle, voit sa luminosité augmenter. Le phénomène dure le temp de l’alignement parfait des deux astres, entrainés chacun de son côté par la rotation galactique… Au début du XXI e siècle, les astronomes ont découvert que ce phénomène naturel offrait la possibilité de découvrir des planètes : en effet, le passage d’une planète, devant l’étoile d’arrière-plan, provoque aussi un effet d’amplification gravitationnel, qui permet de la détecter… sans la voir. En six ans, entre 2002 et 2007, des milliers de ces évènements, appelés « micro lentilles » ont été enregistrés, puis suivis par les astronomes. C’est la compréhension très pointue de ces évènements purement géométriques et gouvernés par la théorie de la relativité générale a permis à l’équipe scientifique d’établir cette première statistique précise sur la population galactique.

Jusqu’ici, en effet, les découvertes d’exoplanètes étaient entachées de « biais observationnels », c’est à dire d’une sélection ne permettant pas d’établir de statistiques fiables à grande échelle… Par exemple, la technique des transits, ces « mini éclipses » d’étoiles par leur planète, ne fonctionne actuellement que pour des planètes tournant très près de leur étoile. De son côté la technique spectroscopique, qui permet de mesurer l’influence de l’attraction gravitationnelle d’une planète sur son étoile, ne s’applique, actuellement, qu’à des planètes suffisament massives et proches de leur étoile, lesquelles doivent être, en outre, proches de la Terre.

La puissance de la technique des « microlentilles » c’est cela : elle s’applique pratiquement sans biais depuis une distance de quelques centaines d’années-lumière de la Terre jusqu’au centre galactique, situé à 26 000 années-lumière d’ici. La masse des planètes détectables va des super Terre de cinq masses terrestres jusqu’aux planètes géantes dix fois plus grosses que Jupiter. Enfin, ces exoplanètes sont détectables depuis 0,5 jusqu’à 10 unités astronomiques de leurs étoiles, soit 75 millions à 1,5 milliard de kilomètres.

Bref : un échantillonnage exceptionnel… C’est donc l’étude statistique de ces événements de microlentilles gravitationnelles (environ 3300 entre 2002 et 2007) qui ont donné lieu à la découverte de trois exoplanètes, OGLE 2005-BLG-071L b, OGLE 2007-BLG-349L b et OGLE 2005-BLG-390L b, qui a permis à l’équipe de Arnaud Cassan de prédire pour la première fois le volume de la population planétaire galactique…

Sauf que les auteurs précisent bien « l’enveloppe observationnelle » de leur étude : des planètes plus grosses que 5 masses terrestres, situées à plus de 0,5 unité astronomique de leur étoile. Cela signifie que des planètes terrestres, comme Mercure, Vénus, la Terre et Mars, passent à travers les mailles du filet des astronomes des projets MOA, OGLE et µFUN. Alors, finalement, combien y a t-il de planètes dans la Galaxie ? On ne peut pas encore le dire, mais on peut, sans grand risque de se tromper, prédire que les astronomes des générations futures auront mille milliards de mondes à découvrir…

Serge Brunier

* OGLE : Optical Gravitational Lensing Experiment

* MOA : (Microlensing Observations in Astrophysics

* µFUN : Microlensing Follow-Up Network