46 milliards de planètes de masse terrestre autour d'étoiles de type solaire dans notre galaxie !

Pierre Thomas

Laboratoire de Sciences de la Terre, ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

12/11/2010

Résumé

Au moins 23% des étoiles de type solaire posséderaient des planètes de masse voisine de celle de la Terre, soit 46 milliards de planètes de masse terrestre dans notre galaxie... dont certaines habitables... voire habitées ?


Les NASA News du 28 du octobre 2010 publient un article dont le titre est : NASA Survey Suggests Earth-Sized Planets are Common. Cet article annonce et résume un article de la revue Science du 29 octobre 2010, article d'Andrew W. Howard et al.   intitulé The Occurrence and Mass Distribution of Close-in Super-Earths, Neptunes, and Jupiters .

Voici un résumé simplifié de ce que disent ces articles.

Les auteurs ont étudié 166 étoiles « proches » de type solaire pendant 5 ans avec la méthode de mesure des vitesses radiales (cf. La spectrographie à la découverte de planètes extra-solaires ). Avec cette méthode, on est capable de savoir si une étoile est entourée de planètes, planètes qui modifient la rotation de l'étoile. Cette méthode permet de détecter les planètes d'autant plus facilement qu'elles sont massives et proches de leur étoile. Les petites planètes, ou les planètes qui orbitent loin de leur étoile sont pour l'instant indétectables (mais le seront dans les années qui viennent grâce aux progrès des techniques d'observation). Cette méthode permet également de déterminer la masse de la planète, mais pas son diamètre ni, donc, sa masse volumique. Elle permet aussi d'en déterminer la période et le diamètre orbital. Elle ne permet pas par contre de "voir", photographier ou analyser spectralement la planète.

Les auteurs des articles cités ci-dessus ont pu ainsi trouver, parmi les 166 étoiles étudiées, toutes celles qui avaient des planètes de masse supérieure à 3 masses terrestres orbitant autour de leur planète en moins de 50 jours, ce qui, pour une étoile de masse solaire, correspond à un rayon orbital de 0,25 UA (UA = Unité Astronomique ~ distance Terre-Soleil), soit un peu moins que la distance Soleil-Mercure.

Sur ces étoiles, ils ont pu déterminer directement ou indirectement que plus de 20% d'entre elles avaient des planètes. Et ils ont pu établir la fréquence de ces planètes en fonction de leur masse.

Figure 1. Pourcentage d'étoiles de type solaire possédant des planètes en fonction de leur masse

Pourcentage d'étoiles de type solaire possédant des planètes en fonction de leur masse

Cette étude n'a pu détecter que des planètes de masse supérieure à 3 masses terrestres et de période orbitale inférieure à 50 jours, les autres planètes (plus légères ou avec des périodes orbitales plus longues) étant pour l'instant indétectables. On voit que les planètes sont d'autant plus nombreuses qu'elles sont petites.


Avec ce que l'on sait en 2010 de la formation des systèmes planétaires, il est raisonnable d'extrapoler quantitativement vers les petites masses. Mais avec ce qu'on ne comprend pas aujourd'hui des évolutions orbitales dans un système planétaire, il ne serait pas raisonnable d'extrapoler quantitativement pour des périodes et diamètres orbitaux plus grands.

Les conclusions des NASA News sont les suivantes : « Les astronomes ont extrapolé ces données et estiment que 23% des étoiles de type solaire de notre galaxie possèdent des planètes de masse « terrestre » orbitant autour de leur étoile avec une période de moins de 50 jours. Comme il y a environ 200 milliards d'étoiles de ce type dans notre galaxie, ces statistiques suggèrent qu'il y a au moins 46 milliards de planètes de masse voisine de celle de la Terre dans notre galaxie orbitant relativement près de leur étoile. Ce chiffre ne tient pas compte des planètes orbitant plus loin de leur étoile, qui existent certainement, mais dont on ne peut estimer pour l'instant la fréquence ».

Il existe donc vraisemblablement dans notre galaxie des milliards de planètes de masse voisine de celle de la Terre orbitant plus loin de leur étoile, en particulier à des distances supérieures à 0,7 U.A.

Figure 2. Extrapolation du pourcentage d'étoiles de type solaire ayant des planètes de masse voisine de celle de la Terre avec une période orbitale inférieure à 50 jours

Extrapolation du pourcentage d'étoiles de type solaire ayant des planètes de masse voisine de celle de la Terre avec une période orbitale inférieure à 50 jours

D'après cette extrapolation, 23 % des étoiles de type solaire auraient des planètes de masse voisine de celle de la Terre et une période orbitale inférieure à 50 jours.


Ces 46 milliards de planètes extrapolées sont proches de leur étoile. Leur température superficielle doit être largement supérieure à 100°C, et leur température interne doit être encore plus forte. Elle ne réunissent donc pas ce qu'on l'on sait aujourd'hui des conditions de la vie.

Par contre, il existe vraisemblablement des milliards d'autres planètes plus loin que 0,7 U.A., distance qui correspond (approximativement) à la zone où la température superficielle peut permettre l'existence d'eau liquide en surface. Cette distance (fortement modulable en fonction des effets de serre locaux) correspond à la limite interne de la zone dite d'habitabilité superficielle. Et si l'on peut aussi définir une limite externe de la zone d'habitabilité superficielle (~1,5 U.A.), rappelons qu'il n'y a pas de limite externe à l'habitabilité d'un corps rocheux ou glacé si l'on n'oublie pas que la vie n'est pas que superficielle, mais peut aussi être endogée, sous-glaciaire…

Figure 3. Zone concernée par l'étude des NASA News et de Science et zone d'habitabilité

Zone concernée par l'étude des NASA News et de Science et zone d'habitabilité

C'est dans la zone à gauche du trait pointillé blanc que les auteurs ont proposé que 23% des étoiles de type solaire possédaient des planètes de masse terrestre, ce qui, extrapolé à l'échelle de la galaxie donne déjà 46 milliards de planètes. Si l'on quitte la zone concernée par l'étude en direction de l'extérieur, il devrait y avoir des milliards de planètes situées dans la zone d'habitabilité superficielle (zone verte), et encore plus dans la zone d'habitabilité en profondeur (zone brune) (voir le schéma d'origine dans l'article Les conditions de la vie, une particularité de la Terre dans le système solaire ? ").


Il y a donc vraisemblablement des milliards de planètes habitables "en surface" dans notre galaxie, et peut-être beaucoup plus si l'on tient compte de l'habitabilité profonde des corps, planètes et satellites, orbitant dans des zones où la température externe est bien inférieure à 0°C. Il ne reste plus qu'à les découvrir, et à savoir si elles sont habitées.