‘Oumouamoua, brève rencontre avec un objet extraterrestre

Le 19 octobre 2017 des astronomes terriens ont remarqué dans le ciel un objet étrange. L’astrophysicien Avi Loeb s’y est intéressé et a fait part dans un livre publié en Janvier 2021, de sa conviction : selon les indices recueillis durant notre brève rencontre, la meilleure explication de cet objet est qu’il soit artificiel. Le professeur Abraham (Avi) Loeb est directeur du département d’Astronomie de l’Université de Harvard, président du Conseil des académies de physique et d’astronomie des Etats-Unis et président du comité consultatif du programme Breakthrough Starshot Initiative.

Quand j’ai abordé la lecture de ce livre, étant a priori sceptique car critique et très peu enclin à croire que la vie, a fortiori une vie intelligente, ait pu se développer en dehors de la Terre, j’ai ressenti une sorte de malaise mêlé à une forte curiosité. En effet je me demandais à quels arguments un scientifique aussi reconnu par ses pairs que l’est le Professeur Loeb, pouvait recourir pour écrire ce qui pouvait apparaître comme une « énormité » (et qui est effectivement apparu comme telle à beaucoup de ses confrères).

L’observation n’a pu se faire que sur une période de onze jours parce que l’objet « 1I2017UI » que l’on affubla ensuite du nom d’Oumouamoua*, se déplaçait à grande vitesse (180.000 km/h avant son périhélie, puis 320.000 km/h après) et aussi parce qu’on ne l’avait tout simplement pas remarqué auparavant. Venant du Nord, de la direction de l’étoile Véga, il avait franchi le plan de l’écliptique après l’orbite de Mercure, infléchi sa course à l’intérieur de l’orbite de Mercure et était repassé au-dessus du plan de l’écliptique un peu après l’orbite de la Terre. Il nous y avait précédé en termes de longitude solaire de quelques dizaines de millions de km et il repartait vers l’extérieur de notre système.

*mot de la langue Hawaïenne que d’après Avi Loeb on peut traduire par « éclaireur ». En effet la première observation se fit dans le télescope Pann STARRS1 dans l’Ile de Maui. C’est aujourd’hui la mode d’aller chercher des noms qu’on aurait autrefois qualifiés d’« exotiques », ce que personnellement je trouve totalement ridicule.

Sa vitesse était telle qu’on l’a tout de suite identifié comme un objet provenant de l’extérieur du système solaire puisqu’aucun astéroïde ou aucune comète ayant décroché de son orbite dans les Nuages de Oort, n’aurait pu l’atteindre. Cela signifiait déjà qu’il ne ferait que passer, sans pouvoir être retenu par la force gravitationnelle du Soleil. C’était le premier objet interstellaire* ayant pu être observé et il était déjà, de ce fait, exceptionnel (il y en eu très vite un autre, nommé Borissov). On en aurait donc parlé de toute façon mais cela n’aurait pas bouleversé « les têtes les mieux faites » car il était logique qu’une telle observation se fit un jour.

*Le « 1I » en préfixe de l’identification UAI (Union Astronomique Internationale) indique précisément ce fait.

L’objet avait d’autres particularités : (1) Ce n’était pas une comète car aucun dégazage n’est apparu même lorsqu’il est passé à proximité du Soleil*. (2) Ce n’était pas un astéroïde car il réfléchissait beaucoup de lumière (un astéroïde est un objet sombre alors que la glace d’une comète peut théoriquement briller). Ce fut d’ailleurs le contraire dans le cas de Borissov, tout aussi « étranger » en raison de sa vitesse mais, lui, tout à fait « classique ». (3) Sa luminosité variait d’un facteur 10 toutes les 8 heures, très précisément. Cela signifiait que l’objet avait un rapport longueur/largeur de 10 à 1 et qu’il était en rotation sur lui-même. (4) L’objet était petit car en passant près du Soleil, il aurait dû chauffer ; or le télescope à infrarouge spatial Spitzer qui peut mesurer les variations de températures d’objets très petits à cette distance, n’a noté aucune variation. Cela implique que la variation, si elle avait eu lieu, était en dessous de son seuil de détection, c’est-à-dire que l’objet devait avoir une dimension inférieure à 100 mètres sur moins de 10 mètres, donc que sa forme était plus étirée ou aplatie que tous les autres objets observés à ce jour (aucun n’a un rapport supérieur à 3 sur 1). Cela implique également qu’il est extrêmement brillant puisqu’il réfléchissait beaucoup plus de lumière que ne le devrait un objet « ordinaire » d’une taille si petite. (5) Lorsque Oumouamoua a passé son périhélie, sa trajectoire a dévié de celle qu’il aurait dû suivre s’il avait simplement répondu à la force gravitationnelle du Soleil et c’est après cette constatation qu’Avi Loeb a commencé à être vraiment intrigué. La déviation correspondait à une force additionnelle, antisolaire, qui déclinait proportionnellement au carré de la distance au Soleil. Si l’accélération avait été due à l’éjection d’un gaz (comme d’un moteur-fusée ou d’une comète) le delta de vitesse aurait dû occasionner la perte de 1/10ème de la masse de l’objet. Ce n’était pas le cas car on ne constata aucun dégazage, aucune perte de matière tout comme on n’observa aucun changement dans la rotation.

*lorsqu’on identifie un objet astronomique, on peut rechercher sa position antérieure à celle de l’observation, par les prises de vue du ciel antérieures et aussi par le calcul. Je fais là-dessus, confiance totale aux astronomes (ils ont été nombreux à observer le phénomène et aucun n’a contesté la base chiffrée du raisonnement d’Avi Loeb).

Avi Loeb en déduit que pour réfléchir autant de lumière, et subir l’accélération qu’il a subi (vitesse donc direction), la forme de l’objet devait être beaucoup plus celle d’un « pancake » ou d’un disque que d’un cigare comme on l’a communément représenté. Cela évoqua immédiatement chez lui la « photovoile » (appelée aussi voile solaire quand l’on considère que la source de lumière est le Soleil). Il en connaissait parfaitement le principe pour l’avoir étudié pour le projet Breathrough Starshot à la demande de son ami Youri Milner. Ce projet fabuleux qui les passionne tous les deux (et auquel participait Stephen Hawking) consisterait à envoyer en seulement 20 ans des voiles solaires de très faible masse, observer Proxima Centauri sous l’impulsion initiale et brève de lasers ultrapuissants. En appliquant cette hypothèse, Avi Loeb et ses collègues ont estimé que la voile devait avoir une épaisseur de moins de 1 mm.

Cerise sur le gâteau, on s’aperçut ensuite, d’après sa trajectoire reconstituée (on peut en effet le faire avec une vitesse et une direction), qu’Oumoumoua était positionné avant son intrusion, à une vitesse tout à fait particulière dans sa rotation autour de la galaxie, qu’on appelle le « Local Standard of Rest » ou « LSR ». Ce référentiel est particulier en ce qu’il est la vitesse moyenne de déplacement dans notre petit coin d’univers. Dans le disque galactique, les étoiles tournent autour du centre galactique à des vitesses variables, certaines vont relativement vite, comme le Soleil, à 70.000 km/h, ce qui lui permet de faire le tour du centre galactique en quelques 230 millions d’années terrestres, d’autres vont plus lentement (et nous changeons ainsi de voisins au cours du temps…très long pour nous puisqu’il faut le compter en dizaines de milliers d’années). Mais les objets qui se déplacent exactement à cette LSR sont extrêmement rares (le propre des moyennes). Avi Loeb en propose l’explication que nous avons heurté une sorte de balise (c’est donc nous qui aurions perturbé l’objet plutôt que l’objet qui aurait pénétré dynamiquement notre sphère d’influence). Quoi qu’il en soit, la constatation ajoute à l’étrange et renforce la probabilité d’un objet non-naturel.

Nous n’en saurons pas plus. Oumaoumoua est reparti et ne reviendra jamais, nous ne pourrons donc jamais l’observer à nouveau, jamais en avoir d’image. Il faut « vivre avec » en espérant capter un peu plus d’informations lorsque nous bousculerons une autre « balise »…si nous en avons l’occasion car l’Univers est vaste, les balises probablement rares et le temps pendant lequel une civilisation nait, se développe et meurt, sans doute extrêmement limité relativement à son échelle. D’ailleurs Avi Loeb considère que la plus grande probabilité est qu’Oumoumoua soit une épave produite par une civilisation disparue et il propose de développer une recherche d’« astro-archéologie » pour être prêts en cas de nouvelle rencontre.

Je vais donc vous laisser avec ce résumé en vous invitant à lire le livre. Avi Loeb nous montre bien que toutes les explications que l’on peut donner d’Oumouamoua sont extraordinaires mais que la moins extraordinaire serait celle de la photovoile. Ce n’est pas pour autant que les extraterrestres « courraient les rues » mais cela ébranle autant que cela fait rêver.

Illustration de titre : la trajectoire d’Oumouamoua. L’objet a été observé quand il venait de passer l’orbite de la Terre, en route vers l’extérieur du système solaire. Crédit Nageldesign, Tom Ruen.

Lecture : Le premier signe d’une vie intelligente extraterrestre, par Avi Loeb, Editions du Seuil, janvier 2021. Excellente traduction en Français du géologue Franco-Américain, Charles Frankel (titre en Anglais: “The first sign of intelligent life beyond Earth”).

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Index L’appel de Mars 21 02 26

 

Congrats to the EDL NASA team for landing safely Perseverance on Mars!

Nous sommes le 18 février; il est 21h57, heure CET (la nôtre). Ça y est ! L’atterrissage a réussi. La NASA a encore une fois démontré son savoir-faire en exécutant de main de maître le fameux parcours des « 7 minutes de terreur »* entre la haute atmosphère de Mars où elle a positionné son atterrisseur à 5,3 km/s (19.000 km à l’heure) et le sol martien, 120 Km plus bas. Le vaisseau a effectué sans faute les différentes manœuvres nécessaires de façon totalement autonome (aucun contrôle n’est possible compte tenu du « time-lag » dû à la finitude de la lumière). Le rover Perseverance se trouve maintenant en sécurité sur le sol du cratère Jezero tout près de ce fabuleux delta dont les spécialistes admiraient les photos depuis si longtemps en pensant qu’il fallait absolument y aller. Nous y sommes et on peut maintenant voir les cailloux au sol par l’intermédiaire des yeux du robot (illustration de titre). C’est fantastique !

L’équipe « sécurité, santé » de la NASA a pris le relais des mains de l’équipe « EDL » (Entry, Descent, Landing) et va procéder aux différents “checkings” pour savoir dans quel état se trouve le rover et ses équipements mais il semble que le « touch-down » se soit passé en douceur. Donc, sauf mauvaise surprise, l’exploration de ce site magnifique va pouvoir commencer.

Tout le monde a bien vu depuis les photos prises par les satellites, le dessin de ce delta et du fleuve asséché en amont. L’eau a coulé abondamment dans ce fleuve en charriant toutes les alluvions possibles, de toutes les tailles possibles et créant des roches très riches en argiles, jusque-là où se trouve aujourd’hui notre “observateur” à roues. Toutes les conditions ont été remplies pour que cette eau imbibant suffisamment longtemps ce sol, permette dans l’environnement calme du lac, de faire évoluer longuement les molécules organiques qui pouvaient s’y trouver. « Jusqu’où ? » est LA question que tout le monde se pose. Mais il ne faut pas rêver. Le plus intéressant serait de trouver un degré de complexification organique sensiblement plus important que dans les astéroïdes. Ce qui nous intéresse, à mon avis, encore plus que le résultat d’une évolution concrétisée dans une cellule ayant été vivante, c’est l’évolution vers ce résultat qui nous permettrait de comprendre mieux les étapes intermédiaires et donc les contraintes environnementales qui les ont permises à comparer avec nos propres contraintes qui ont permis quelque chose de plus abouti dans la même ligne d’évolution.

Vous avez remarqué que le fond du lac est plus bas que le delta et que même le cours d’eau domine ce niveau d’assez haut. C’est que le relief est « inversé ». Plus dense, les sites d’écoulement et d’accumulation de matière n’ont pas été érodés avec le même succès que les dépôts plus « tendres » du fond du lac. Et sur plusieurs milliards d’années, ça se voit.

Le petit hélicoptère, « Ingenuity » fixé sous le ventre du rover, va être testé dans les 30 jours. Il pourra faire quatre vols. Il n’est pas prévu qu’il fasse d’observations scientifiques ; c’est une démonstration technologique. Mais ce serait formidable qu’il fonctionne. Le terrain martien est traitre, avec rochers acérés et surtout sables mouvants (le rover Spirit y a perdu la vie). Naturellement l’hélicoptère pourrait servir d’éclaireur. Il pourrait aussi aller prendre des photos ou analyser les roches situées dans des lieux inaccessibles aux véhicules à roues et il y en a évidemment beaucoup sur Mars. Le seul problème est que ces hélicoptères ont des pales qui tournent très vite (2400 tours minutes) et qu’ils consomment beaucoup d’énergie. Comme ils peuvent emporter peu de masse avec eux, leurs vols sont forcément courts. Disons que c’est mieux que rien (ou qu’un dirigeable mais la portance serait très faible).

La tache principale de ce rover outre l’examen à distance de la composition chimique des roches jugées intéressantes (notamment avec le spectrogramme laser SuperCam, une amélioration de ChemCam), sera de carotter le sol sur une dizaine de cm pour en extraire des échantillons qui seront ramassés « plus tard » par une autre mission, conjointe avec l’ESA, pour les envoyer sur Terre. La « mission de retour d’échantillons », comme on l’appelle, pourrait avoir lieu en 2030. Ça me semble très loin et j’aimerais qu’Elon Musk les rapporte à la main (de ses astronautes !) lors de sa seconde mission habitée qui aura lieu avant. Il pourrait aussi prendre d’autres échantillons sur un autre site, un peu plus gros et prélevés un peu plus profondément (donc moins dégradés par les radiations).

Enfin, le rover avec son instrument MOXIE va tester la faisabilité de produire de l’oxygène à partir du gaz carbonique de l’atmosphère (95%). C’est facile sur Terre en laboratoire, c’est moins facile sur Mars à cause de la faible pression atmosphérique (610 pascals en moyenne) et de la poussière mais c’est vital pour les futurs missions habitées. Et la NASA le dit et le répète. Donc, n’en déplaise à certains scientifiques, surtout européens, qui n’aiment pas ce qu’ils considèrent comme des enfantillages qui distraient beaucoup d’argent des budgets de la Recherche, la NASA persiste à vouloir envoyer l’homme sur Mars. Ça fait plaisir à entendre et la réussite de l’atterrissage de Perseverance est en soi un encouragement vers ce but.

*NB : qu’on arrête de dire comme beaucoup le mettent en avant pour souligner la dangerosité du vol, que seules 50% des missions sur Mars sont arrivées au sol sans dommage. C’est vrai si on prend tous les vols depuis le début de l’ère spatial mais ça n’a en réalité aucun sens car les premiers avions ont disparu souvent corps et biens et on ne les prend pas dans les statistiques des accidents d’avions contemporains. Ce qu’il faut voir, c’est que les Américains n’ont pas connu un seul échec d’atterrissage depuis 2001 et qu’ils ont posé 5 rovers sur Mars depuis le petit Pathfinder en 1997. Sur douze tentatives, y compris celles des Russes (trois) et des Européens (une) qui ont échoué, la NASA en a effectué huit dont un seul échec, Mars Polar Lander en 1999. Elle sait faire.

illustration de titre: première photo du sol du cratère Jezero prise par la caméra Hazcam embarquée à bord du rover Perseverance. Crédit NASA/JPL

Les Chinois ont réussi l’insertion de leur satellite en orbite autour de Mars

Le satellite chinois, Tianwen-1 (question au Ciel), lancé le 23 juillet dernier et arrivé dans l’environnement martien hier, a pu être inséré en orbite martienne, ce jour, 10 février. C’est la première fois que la Chine tentait d’accéder à la Planète-rouge et c’est donc un exploit qui place le pays au niveau de ses prédécesseurs, URSS, Etats-Unis, Europe (ESA), Inde et Emirats Arabes Unis.

Mais les ambitions de la Chine vont bien au-delà de cette mise sur orbite. Il s’agit en effet de descendre un “atterrisseur” (“lander”) à la surface de la planète, d’en débarquer un véhicule robotique (“rover”) et de le faire évoluer pendant un minimum de 90 jours, tout en utilisant toute une batterie d’instruments scientifiques. Evidemment tous ces équipements sont “made in China”.

Sur le plan astronautique, c’est une confirmation des capacités de la fusée Chang-Zheng 5 (Longue-Marche 5) qui peut hisser 25 tonnes* en LEO (orbite basse terrestre) et bien sûr des équipes de l’agence spatiale chinoise, “CNSA”, acronyme de Chinese National Space Administration. La CNSA est rattachée à la SASTIND, agence gouvernementale pour la Science, la Technologie et l’Industrie de la Défense Nationale. Cette dernière qualification, précise bien le contexte dans lequel se déroulent ces missions. On peut remarquer que l’atterrisseur et le rover sont identiques à ce que les Chinois ont déposé récemment sur la face cachée de la Lune (Chang’e 4 et son rover Yutu 2).

*contre 130 tonnes, tout de même, pour la fusée Saturn 5 du programme lunaire Apollo. Mais l’Atlas V “541” utilisé par les Américains pour la mission Mars 2020 peut placer 17 tonnes en LEO. Sa version “HLV” pourrait y placer 29 tonnes. Le SuperHeavy de SpaceX (encore en développement) doit pouvoir y  placer 150 tonnes mais déjà le Falcon Heavy (opérationnel) peut y placer 63,8 tonnes.

Sur le plan scientifique, le programme est très ambitieux. L’orbiteur doit être opérationnel pendant au moins deux années terrestres (une année martienne). Il est équipé de deux caméras dont une à haute résolution, d’un radar à pénétration du sol, d’un spectromètre infrarouge, d’un magnétomètre et de deux détecteurs de particules. Il servira également de relai de télécommunication à l’atterrisseur et à son rover. Le rover est équipé d’une caméra stéréoscopique de navigation et d’une caméra multispectrale, d’un radar à pénétration du sol, d’un magnétomètre, d’un spectromètre imageur et d’une station météorologique. Tous ces équipements ont pour objet l’étude de l’environnement spatial et atmosphérique de la planète et surtout, à partir du rover mais aussi de l’orbiteur, celle de sa géologie, en particulier détecter la présence d’eau, aujourd’hui et dans le passé.

A cet effet il est intéressant de noter que les Chinois ont l’intention de faire atterrir leur “lander” dans l’Ouest d’Utopia Planitia, une vaste région des Basses terres du Nord, situées à l’Est d’Isidis Planitia. Dans cette région, Sylvain Piqueux du California Institute of Technology (CalTech) et un groupe de scientifiques, ont identifié des éléments de relief de type glaciaire permettant de déduire la présence toujours actuelle de banquises enterrées*. La couche superficielle de ces reliefs a été très certainement asséchée par sublimation de l’eau qu’elle contenait mais sa porosité, si elle est confirmée, sera le signe de la présence passée de l’eau. Sous cette couche, à seulement un ou deux mètres, on devrait pouvoir trouver de la glace en proportion très élevée sur une très vaste surface (plusieurs centaines de milliers de km2). Ce qui est encore plus intéressant c’est que ces banquises se situent à une altitude moyenne, bien qu’un peu élevée (40°N à 50°N), ce qui permettrait l’établissement d’une base habitée dans une région ou les conditions environnementales seraient encore acceptables (à la différence des pôles).

*lire l’article scientifique (lien ci-dessous) et mon article du 11 janvier 2020: “Mars de la glace d’eau facilement accessible, dans une région vivable“.

Il est également intéressant de noter que le rover Perseverance sera déposé par les Américains dans une région proche (plus à l’Ouest) qui, elle aussi, est très riche sur le plan géologique puisqu’il s’agit du delta d’un ancien fleuve à l’entrée d’un cratère (Jezero). Le site choisi par les Américains est nettement plus accidenté mais il ne faut pas oublier que les Chinois en sont encore à leur coup d’essai. D’ailleurs ils vont prendre le temps, plusieurs semaines, avant de se lancer dans la descente (“EDL” pour “Entry, Descent, Landing”), manœuvre très périlleuse que les Américains sont jusqu’à présent les seuls à avoir pu maîtriser. Les Chinois sont donc dans la position d’un étudiant qui vient de passer sa licence (mise en orbite) mais qui doit maintenant passer son master (fonctionnement de l’orbiteur) et presque simultanément, passer son doctorat (opération du rover au sol). A noter que le rover des Chinois à une masse de 240 kg contre une tonne pour Perseverance (comme d’ailleurs pour Curiosity).

Ce n’est pas gagné pour les Chinois mais disons que la concurrence pointe le bout de son nez!

illustration de titre: orbiteur de Tianwen-1, crédit image agence chinoise CNCA.

lien vers l’article scientifique cité :

“Widespread shallow water ice on Mars at high latitudes and mid latitudes” par Sylvain Piqueux et al. in Geophysical Research Letters, doi.org/2019GL083947.

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/2019GL083947

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Index L’appel de Mars 21 01 26

La sonde emirati “espoir” a réussi son insertion en orbite de Mars

Les Emirats Arabes Unis ont réussi leur pari “fou” de mettre en orbite une sonde autour de Mars. La nouvelle est tombée ce 9 février à 17h15. Il y avait, dit-on, 50%* de chances de succès et le monde entier de l’astronautique et de la science planétologique se réjouit avec les Emirati qui en même temps célèbrent le 50ème anniversaire de leur fédération.

*en fait ce pourcentage prend en compte la totalité des vols effectués vers Mars, même les premiers, qui ont presque tous échoué, ce qui est bien normal. Il est plus exact de dire que les Américains sont les seuls à maitriser la dépose de masse en surface de Mars et que ceux-ci, avec les Européens, les Indiens (depuis le cycle synodiques précédent) et maintenant les Emirati sont les seuls à maitriser l’insertion en orbite martienne.

La sonde partie le 20 juillet de l’astroport de Tageshima, au Japon, est donc arrivée dans l’environnement de Mars ce jour après 7 mois de voyage. Sa vitesse de 120.000 km/h a été réduite en 27 minutes à 18.000 km/h. C’était avec le décollage puis l’injection interplanétaire la manoeuvre la plus difficile sur le plan astronautique (il y a eu, en plus, trois ajustements de trajectoires, ce qui est normal pour une telle mission).

Il est vrai que la sonde et le lanceur ne sont pas 100% production locale. Le lanceur a été japonais (Mitsubishi Heavy Industry H-IIA), la partie scientifique a été portée par l’Université du Colorado* aussi bien que par des spécialistes du monde entier dont le Français François Forget pour la météorologie. Le suivi du satellite a été effectué par le DSN, Deep Space Network de la NASA. Mais ce sont les Emirati qui sont au centre, comme organisateurs, fédérateurs et financiers. Le projet a été voulu par le “Leadership” de l’Etat (Sheikh Khalifa bin Zayed Al Nahyan, souverain d’Abu Dhabi. Il est le Président de la fédération des Emirats Arabes Unis, fils du fondateur Sheikh Zayed bin Sultan al Nahyan).

*University of Colorado Boulder’s Laboratory for Atmospheric and Space Physics

C’est une déclaration politique, progressiste et pacifique, à l’attention du monde arabe aussi bien que du monde entier et ce message est d’autant plus remarquable que l’équipe des quelques 200 ingénieurs et scientifiques du Centre spatial Mohammed Bin Rashid (MBRSC) est jeune (28 ans d’âge moyen) et composée à 80% de femmes.

Sur le plan scientifique, la sonde qui va évoluer sur une orbite très elliptique, va étudier le temps (qu’il fait) et le climat sur Mars avec la possibilité d’avoir une vue globale aussi bien que détaillée de l’évolution, jour et nuit, heure par heure, et ce sur la durée d’une année martienne (deux années terrestres). Nous aurons donc une connaissance plus précise, des vents, des températures et de leurs évolution planétaire au fil des jours et des saisons.

Toutes nos félicitations au Leadership qui a rendu cette performance possible et à l’équipe de l’agence spatiale des Emirats qui a permis de la réaliser. Nous les retrouverons un jour sur Mars car leur ferme intention est de contribuer à ce que l’homme y parvienne physiquement et ils participeront à l’aventure. Pour commencer, nous souhaitons plein succès à la mission EMM (Emirati Mars Mission).

Illustration de titre: vue d’artiste de la sonde Amal (espoir) approchant Mars, crédit agence spatiale des Emirats Arabes Unis.

Parmi les planètes-orphelines, des sœurs de la Terre pour toujours dans la nuit

Dans le noir de l’espace, en dehors de tout système stellaire, on s’est rendu compte relativement récemment qu’il existe des astres solitaires qui ne sont ni des astéroïdes ni des étoiles, mais d’une masse suffisante pour être des planètes, les « planètes-orphelines ».

On les nomme également « Objets libres de masse planétaire » ou en Anglais, « rogue-planets ». Leur découverte remonte à la fin des années 1990 (Japonais) mais la première étude bien documentée, par David Bennett de l’Université de Notre-Dame (Etats-Unis, Indiana), date du 19 mai 2011 (voir lien ci-dessous).

Tout d’abord on n’a observé que des astres de type Jupiter et de masse comprise entre environ 13 et environ 3 masses joviennes. Le 13 est important parce qu’au-dessus, la masse de l’astre serait telle que la réaction de fusion nucléaire (Hydrogène => Deutérium) se déclencherait et qu’on serait en présence d’une étoile de premier niveau de puissance (« naine-brune »). Le 3 est également important puisque les effets discernables causés par ces astres et qui permettent de les identifier sont très faibles. Mais cette seconde limite est en train de s’abaisser grâce à nos progrès technologiques et à l’expérience, c’est-à-dire la pratique du type d’observation requis. En Septembre 2020, on a ainsi pu déclarer avoir observé (en 2016) une planète-orpheline d’une taille située entre celles de Mars et de la Terre, à qui l’on a donné le doux nom « OGLE-2016-BLG-1928 ».

Détecter ces planètes n’est donc pas facile. Ce qui l’a permis c’est l’effet de loupe des microlentilles gravitationnelles (« gravitational microlensing ») qu’elles-mêmes peuvent créer, comme toute masse par rapport à une source émettrice de lumière située derrière elle dans la ligne de l’observateur. L’effet de loupe est une application de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein* et on ne peut le vérifier et l’utiliser pour des masses aussi faibles qu’une planète, que si l’on dispose d’instruments suffisamment sensibles pour les détecter. Cette condition étant remplie, il s’agit donc de profiter de l’instant fugace (deux heures maximum) de l’alignement avec la Terre, d’une telle source observable (évidemment une étoile) avec la masse qui passe entre elle et nous (la lentille). C’est de ce bref passage (41,5 minutes pour OGLE-2016-BLG-1928) de la planète-orpheline qui apparaît sur le graphe (voir ci-dessous) comme un pic de lumière plus ou moins haut et plus ou moins large, que l’on peut déduire sa masse, son volume (donc la nature gazeuse ou rocheuse), sa distance. Il faut être très clair : nous n’avons pas d’image.

*microlentille gravitationnelle : la lumière est courbée lorsque ses rayons éclairent un objet massif, par cet objet lui-même. La gravité de la masse au premier plan déforme l’espace environnant et agit comme une loupe.

Bien entendu il faut que, sur la durée, le phénomène ne se répète pas périodiquement (cela signifierait que la planète appartient à un système stellaire) et ce dernier « détail » n’est pas facile à vérifier car l’expérience nous a appris que les géantes gazeuses peuvent se trouver à plusieurs UA (Unités astronomiques, distance Terre-Soleil, soit 150 millions de km) de leur étoile. De ce fait, les passages d’une planète éloignée devant son étoile sont rares. Neptune qui se trouve à 30 UA du Soleil a une période de révolution de 165 ans ; Jupiter, à 5,2 UA, a une période de révolution de 11,86 ans. Un indice à rechercher est de voir si lors du passage de la planète devant l’étoile, celle-ci modifie très légèrement sa position. Ce serait la preuve d’un lien gravitationnel. Faute d’arguments contraires, on présume que ces planètes sont orphelines si elles se trouvent à au moins 10 UA d’une étoile (la distance exacte dépendra du type d’étoile), distance à laquelle on considère qu’il y a peu de chances de trouver un Jupiter et encore moins une planète tellurique, et bien sûr on vérifie l’évolution de cette distance.

Dans le cas d’OGLE-2016-BLG-1928 il faut cependant ajouter un bémol. L’objet est si petit que la parallaxe de la lentille (la planète) à la source émettrice de la lumière (une géante rouge) n’a pu être mesurée. On a estimé, d’après la mesure par le télescope Gaia du mouvement-propre de la source, que celle-ci devait être située dans le bulbe de la Voie-lactée et que la lentille devait être plutôt située dans le disque que dans le bulbe. Cela impliquerait une masse de 0,3 masse terrestre. Si elle était dans le bulbe, sa masse maximum serait de l’ordre de 2 masses terrestres, ce qui serait quand même très petit. A noter que d’une façon générale l’on oriente les instruments vers le bulbe ou vers le Nuage de Magellan en raison de la richesse en étoiles de ces régions qui donne la possibilité de très nombreux transits astronomiques. C’est important car les circonstances qui permettent l’observation de ces planètes sans étoile sont quand mêmes difficiles à remplir.

Les premières observations de planètes-orphelines ont été faites par une collaboration nippo-néo-zélandaise (Microlensing Observations in Astrophysics, « MOA »). Dès la première campagne (2006/2007), elle a découvert une dizaine d’astres, ce qui signifiait que les planètes de ce type n’étaient pas exceptionnelles bien que difficiles à observer. Plusieurs équipes poursuivent les mêmes recherches, notamment l’Optical Gravitational Lensing Experiment (« OGLE ») de l’Université de Varsovie qui a plusieurs partenariats. OGLE-2016-BLG-1928 a été découverte, avec OGLE, par Korean Milcrolensing Telescope Network, « KMTNet » du Korea Astronomy and Space Science Institute (« KASI ») .

L’origine de ces astres est toujours débattue. Deux possibilités se présentent. Soit, ils se sont formés directement par contraction d’un nuage de gaz, comme les systèmes stellaires, soit ils se sont fait éjecter de systèmes qui avaient commencé leur formation. C’est la seconde hypothèse la plus probable (ou du moins la plus fréquente) car pour que la contraction d’un nuage interstellaire soit suffisante pour créer des planètes, il faut sans doute que sa densité soit suffisamment élevée, donc que ses éléments soient tenus et resserrés par un centre gravitationnel fort qui non seulement les concentre mais aussi les entraine autour de lui à une vitesse suffisante pour créer des tourbillons de matière et de gaz. Cela ne peut résulter que d’une masse importante, suffisante pour créer une étoile. En fait, dans un nuage protoplanétaire les planètes ne peuvent pas se former avant les étoiles. Autrement dit, il est sans doute nécessaire qu’une étoile se soit déjà formée (allumée) pour que les éléments qui vont former les planètes disposent de suffisamment de vitesse orbitale pour devenir des planètes (sous réserve de cas limites). Mais on peut aussi envisager qu’un nuage protoplanétaire commence à se contracter autour d’une étoile et que, pour une raison quelconque (proximité d’un phénomène analogue en cours qui déchire le nuage ?), il se détache un fragment contenant une partie déjà suffisamment concentrée en planète (on a crû d’ailleurs, observer une planète-orpheline au centre d’un disque de poussière). Quoi qu’il en soit, le plus probable est l’éjection d’un système à la fin de sa période d’accrétion. C’est ce qui aurait pu arriver à notre fameuse et toujours hypothétiques « Planète-9 » (cinquième des géantes gazeuses, entre Saturne et Neptune) dont j’ai déjà parlé. Les auteurs d’une étude publiée le 29 Octobre 2020 dans l’Astrophysical Journal Letter concernant OGLE-2016-BLG-1928* nous disent (1) qu’au moins 75% des systèmes comprenant des planètes géantes (type Jupiter) doivent avoir connu des dispersions planétaires, (2) que les interactions entre planètes géantes (du type Jupiter + Saturne avec les autres géantes gazeuses) conduisent fréquemment à la perturbation des orbites des planètes de la partie interne des systèmes (en dessous de la ligne de glace), en principe telluriques, et parfois à leur éjection du système, aussi bien qu’à la perturbation des orbites des planètes gazeuses, (3) que les planètes peuvent aussi être éjectées à la suite d’interactions entre étoiles d’un système multiple ou parties d’un essaim d’étoiles, du survol d’une étoile voisine, ou de l’évolution de l’étoile après qu’elle soit sortie de la Séquence-principale du diagramme de Hertzprung-Russel (en fin de vie).

Il devrait donc y avoir beaucoup de tels astres dans notre Galaxie. En fait dans l’étude de Nature publiée en mai 2011, les chercheurs estimaient qu’ils pourraient y en avoir deux fois plus que des étoiles (au moins 400 milliards selon David Bennett). On en saura plus avec le télescope « WFIRST* » de la NASA. Ce télescope qui s’appelle maintenant « Nancy-Grace-Roman Telescope » ou « Roman telescope » (Nancy Roman est une astronome américaine de la NASA, mère du télescope Hubble, décédée en 2018), est un télescope à infrarouge, donc permettant de déceler les astres peu ou non lumineux. Outre des preuves de l’énergie noire où la capture d’images et de spectres de quelques grosses exoplanètes proches, il va rechercher les exoplanètes de petites tailles en utilisant le phénomène susmentionné des microlentilles gravitationnelles. Il doit être lancé en 2025.

Mais n’exagérons pas ce qu’on peut déduire de cette recherche. Certains scientifiques (un peu exaltés, à mon avis) comme Neil DeGrasse Tyson après David Stevenson du CalTech (1999), ont imaginé que si ces planètes avaient une atmosphère d’hydrogène épaisse au moment de leur éjection (c’est effectivement possible compte tenu de l’abondance de l’hydrogène et compte tenu de ce que les planètes telluriques dans leur jeune âge ont une atmosphère dense), cette atmosphère pourrait servir de « couverture isolante » planétaire si elle a été préservée lors de l’éjection. Les planètes-orphelines pourraient ainsi maintenir une certaine chaleur en surface (la chaleur interne de la planète étant ainsi conservée) jusqu’à permettre la présence d’eau liquide et donc de vie à condition que la planète ait une taille minimum, c’est-à-dire au moins celle de la Terre (hypothèse pression atmosphérique 1000 bars à l’origine). Comme vous voyez, on retombe toujours sur les mêmes rêves mais ici sans aucun fait pour les étayer. C’est un peu tôt pour s’y laisser entrainer compte tenu des moyens d’observation dont on dispose, aujourd’hui.

Illustration de titre: vue d’artiste d’une planète-orpheline approchant une étoile (qui n’est bien sûr pas la sienne puisqu’elle n’en a pas !). Crédit Christine Pulliam, Center for Astrophysics (Harvard & Smithonian).

Illustration ci-dessous : les différents cas de figure pour une observation par microlentille gravitationnelle.

Le pic lumineux d’une planète-orpheline (rectangle de droite) est petit et étroit, dissocié de toute autre masse. Crédit : Nature. Joachim Wambsganss, Bound and unbound Planets abound. Nature 473,289-291 (2011). https://doi.org/10.1038/473289a.

liens:

https://www.nature.com/articles/21811

https://science.nd.edu/news/astronomer-david-bennetts-team-discovers-new-class-of-planets/

https://www.nature.com/articles/nature10092

https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/18may_orphanplanets#:~:text=The%20team%20estimates%20there%20are,our%20Milky%20Way%20galaxy%20alone.

Microlensing, vidéo descriptive de la NASA : https://www.youtube.com/watch?v=6vVetE5cEMA

https://www.nationalgeographic.com/science/phenomena/2014/03/13/a-guide-to-lonely-planets-in-the-galaxy/

https://www.lefigaro.fr/sciences/2011/05/19/01008-20110519ARTFIG00590-des-planetes-sans-etoile-derivent-dans-le-vide-sideral.php

Nature 18 mai 2011 : file:///C:/Users/pierr/Downloads/473289a.pdf

*Prezemek Mróz et al 2020 ApJL 903 L11 : https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abbfad

https://www.universetoday.com/148097/a-rogue-earth-mass-planet-has-been-discovered-freely-floating-in-the-milky-way-without-a-star/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Objet_libre_de_masse_plan%C3%A9taire

*WFIRST : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nancy-Grace-Roman_(t%C3%A9lescope_spatial)

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